Przejdź do treści

Planetozymale mogą tworzyć się łatwiej niż sądzono

Wizja artystyczna przedstawiająca młodą gwiazdę otoczoną dyskiem protoplanetarnym

Według obliczeń zespołu astrofizyków, elementy budulcowe nowych planet mogą powstawać łatwiej niż wcześniej sądzono.

Nowe planety powstają z wirujących wokół młodych gwiazd obłoków pyłu i gazu. Cząsteczki pyłu w tych dyskach protoplanetarnych stopniowo łączą się w ziarna, a następnie formują planetozymale. Te planetozymale, które mają nawet kilka kilometrów szerokości, mają potencjał stać się podstawą dla nowych światów.

Astronomowie wciąż zastanawiają się, jak dokładnie przebiega każdy z tych etapów. Na przykład, powstawanie planetozymali może mieć miejsce, gdy ziarna pyłu zderzają się i łączą, co jest procesem nazywanym koagulacją.

Innym podejściem jest to, że opór, jaki stawiają ziarna pyłu podczas poruszania się przez dysk protoplanetarny, może powodować skupienie pyłu w luźne grudki, w procesie znanym jako niestabilność strumieniowa. Ryosuke Tominaga z Laboratorium Formowania Gwiazd i Planet RIKEN wyjaśnił, że jeśli te grudki są wystarczająco masywne, planety mogą powstać w wyniku samograwitacyjnego zapadania się grudek.

Aby ocenić względne znaczenie tych dwóch procesów w formowaniu się planet, Tominaga i Hidekazu Tanaka z Uniwersytetu Tohoku w Sendai w Japonii stworzyli model fizyczny do symulacji zachowania ziaren pyłu w dyskach protoplanetarnych.

Na podstawie wcześniejszych symulacji formowania się planet, ich model uwzględniał szereg czynników, takich jak prędkość i lepkość ziaren pyłu. Na przykład, jeśli ziarna zderzają się zbyt szybko, mogą się rozpadać zamiast tworzyć większe ziarna.

Niektóre badania sugerują, że ziarna pyłu nie są tak lepkie i że ich wzrost może być ograniczony przez fragmentację w obszarach powstawania planet ze względu na duże prędkości zderzeń – powiedział Tominaga. Uważa się, że jest to jedna z barier uniemożliwiających wzrost pyłu w kierunku planetozymali.

Model Tominagi i Tanaki oszacował, ile czasu zajmie ziarnom pyłu wzrost w wyniku koagulacji, i porównał to ze skalą czasową zlepiania się w wyniku niestabilności strumienia.

Model wykazał, że oba procesy zachodzą w podobnym tempie. Rzeczywiście, procesy zbrylania i koagulacji pomagają sobie nawzajem szybko postępować, działając jak pętla dodatniego sprzężenia zwrotnego.

Wzrost pyłu zwiększa wydajność zbrylania, podczas gdy silniejsze zbrylanie promuje wzrost pyłu – powiedział Tominaga. Przewiduje się, że to sprzężenie zwrotne sprzyja powstawaniu planet.

Efekt ten dotyczy zarówno ziaren pyłu lodowego, jak i ziaren krzemianowych, które bardziej przypominają piasek.

Obecnie model pozwala na bardzo uproszczone oszacowanie wzrostu pyłu – wyjaśnia Tominaga. Wyraża nadzieję, że będzie mógł przeprowadzić bardziej precyzyjne symulacje numeryczne, aby uzyskać bardziej szczegółowy obraz procesów formowania się planet.

Wyniki badań zostały opublikowane w The Astrophysical Journal.

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Więcej informacji:

Źródło: RIKEN

Na ilustracji: Wizja artystyczna przedstawiająca młodą gwiazdę otoczoną dyskiem protoplanetarnym, w którym ziarna pyłu gromadzą się, tworząc planetozymale – elementy budulcowe nowych planet. Źródło: ESO/L. Calçada

Reklama