Klippete planeter som Jorden antas alle å ha begynt når støv sirkler nyfødte stjerner, og ledetråder om opprinnelsen til slikt støv kommer til oss i dagens meteoritter og kometer, samt observasjoner av omskjærende disker rundt unge stjerner.
Men mysteriet har innhyllet detaljene om evolusjonen av støv og hvordan det til slutt kommer til å danne større gjenstander. Nå, to papirer i journalen Natur foreslår en ny mekanisme for å forklare den.
Den nye mekanismen henger sammen med varmesjokkede krystallinske støvkorn, som på en eller annen måte vandret fra der de ble opprettet - antagelig nær solen - til det ytre solsystemet. Implikasjon, den samme prosessen bør skje rundt andre unge stjerner.
En trio av tidligere hypoteser hadde blitt foreslått for å forklare migrasjonen, men ingen av dem passet helt. De inkluderte, ifølge fysiker Dejan Vinkovic ved University of Split i Kroatia, turbulent blanding, ballistisk oppskyting av partikler i en tett vind skapt ved interaksjon av akkresjonsskiven med den unge stjernens magnetfelt (kalt X-wind-modellen), og blanding formidlet av forbigående spiralarmer i marginalt gravitasjonsmessig ustabile disker. Vinkovic er hovedforfatter på en av Natur papirer.
"Den turbulente blandingen krever en kilde til effektiv turbulent viskositet og magnetorotasjonell ustabilitet blir påberopt som den mest lovende kandidaten, men store strekninger av disken anses ikke som tilstrekkelig ioniserte til å holde denne ustabiliteten aktiv," skrev han. "X-wind-modellen er avhengig av den teoretiske forestillingen om magnetfeltkonfigurasjoner i umiddelbar nærhet av pre-hoved-sekvensstjerner, og det er store forhåpninger om fremtidige observasjoner for å løse denne vanskeligheten."
Og til slutt: "Spiralarmemodellen er i domenet for diskusjoner om hvorvidt de underliggende numerikkene, fysiske tilnærminger og antagelser om de opprinnelige forholdene er realistiske nok til å gjøre resultatene plausible."
I den andre artikkelen finner Peter Abraham fra Det ungarske vitenskapsakademiet og kollegene signaturen til krystallinsk støv etter at en ung stjerne blusset, mens arkivdata ikke viste noe tegn på det før faklingen.
Vinkovic-papiret undersøker blandingen av store krystallinske støvpartikler i den protoplanetære tåke rundt den unge solen.
Kraften som produseres av lyset som skinner på et objekt er et velkjent fenomen som kalles strålingstrykk. Vi føler det ikke i hverdagen fordi vi er for massiv til at denne effekten kan bli merkbar. For veldig små partikler kan derimot denne kraften være større selv enn tyngdekraften som holder partikler i bane rundt stjernen. Undersøkelser har hittil kun vært fokusert på strålingstrykket på grunn av stjernelyset. Resultatene viste at individuelle korn ikke ville reise langt og ble dyttet dypere inn i disken.
Vinkovic rapporterer at infrarød stråling som oppstår fra den støvete disken, kan hode korn større enn ett mikrometer ut av den indre disken, der de skyves utover av stjernestrålingen mens de glir over disken. Korn kommer inn i disken igjen ved radier der det er for kaldt til å produsere tilstrekkelig infrarød strålingstrykkstøtte for en gitt kornstørrelse og fast tetthet.
Vinkovic påpeker imidlertid at det ikke bare er stjernen, men også disken som skinner. Når man studerer effekter på protoplanetære støvkorn større enn ett mikrometer, som kan sammenlignes med partikkelstørrelsen til sigarettrøyk, har Vinkovic oppdaget at det intense infrarøde lyset fra de hotteste områdene på den protoplanetære disken er i stand til å skyve slikt støv ut av disken. Infrarød stråling er det vi kan føle som "varme" på huden vår. Kombinasjon av strålingstrykk fra stjernen og disken skaper en nettokraft som gjør det mulig for støvkorn å surfe langs skiveoverflaten fra indre til ytre områder av disken.
Temperaturene i dette varme området når rundt 1500 grader Kelvin (2200 grader Fahrenheit), nok til å fordampe faste støvpartikler eller for å endre deres fysiske og kjemiske struktur. Mekanismen som Vinkovic beskriver i papiret sitt ville overføre slike endrede støvpartikler til kaldere skiveområder bort fra stjernen. Dette kan forklare hvorfor kometer inneholder en rart kombinasjon av is og partikler endret ved høye temperaturer. Astronomer har blitt forvirret av denne blandingen, siden kometer dannes i kalde skiveregioner av frosne stoffer som vann, karbondioksid eller metan. Rocky støvpartikler som ender opp blandet med is forventes derfor aldri å oppleve høye temperaturer.
I en redaksjon som fulgte med studiene, skrev astrofysiker University of Missouri Aigen Li at opprinnelsen til krystallinske silikater i kometer "har vært et spørsmål om debatt siden deres første oppdagelse for 20 år siden."
Mens Li touts lover i den nye teorien, “Det ville være interessant å se om andre mekanismer som turbulent blanding og 'X-wind'-modellen effektivt vil føre submikrometekorn, som er effektive midt-IR-sendere, utover og innlemme dem i kometer, ”skrev han. "Det er også mulig at noen - men ikke alle - krystallinske silikater lages på stedet i kometære komaer."
Kilde: Vinkovics pressemelding. Se en kort animasjon som viser hvordan den nylig foreslåtte mekanismen for støvbevegelse fungerer.
