Teorien om hvordan planeter dannes har vært noe av et varig mysterium for forskere. Mens astronomer har en ganske god forståelse av hvor planetariske systemer kommer fra - dvs. protoplanetære disker av støv og gass rundt nye stjerner (også kalt "Nebular Theory") - fullstendig forståelse av hvordan disse platene til slutt blir gjenstander store nok til å kollapse under deres egen tyngdekraften har holdt seg unnvikende.
Men takket være en ny studie fra et team av forskere fra Frankrike, Australia og Storbritannia, ser det ut til at den manglende puslespillet endelig kan ha blitt funnet. Ved å bruke en serie simuleringer har disse forskerne vist hvordan “støvfeller” - dvs. regioner der fragmenter av småstein i småstein kunne samles og feste seg sammen - er vanlige nok til å gi rom for planetesimaler.
Studien deres, med tittelen "Selvinduserte støvfeller: Overvinne barrierer med formasjonsformasjoner", dukket nylig opp i Månedlige merknader fra Royal Astronomical Society.Anført av Dr. Jean-Francois Gonzalez - fra Lyon Astrophysics Research Center (CRAL) i Frankrike - undersøkte teamet det plagsomme mellomstadiet av planetdannelse som har plaget forskere.
Inntil nylig har prosessen som planetplaner (gjenstander som er hundre meter eller mer i diameter) danner planetkjerner, blitt godt forstått. Men prosessen som bygger bro mellom disse to - der rullesteinene kommer sammen for å danne planetesimaler - har forblitt ukjent.
En del av problemet har vært det faktum at solsystemet, som har vært vår eneste referanseramme i århundrer, dannet for milliarder av år siden. Men takket være nylige funn (3453 bekreftede eksoplaneter og telling) har astronomer hatt mange muligheter til å studere andre systemer som er i forskjellige stadier av dannelse. Som Dr. Gonzalez forklarte i en pressemelding fra Royal Astronomical Society:
Til nå har vi kjempet for å forklare hvordan småstein kan komme sammen for å danne planeter, og ennå har vi oppdaget et enormt antall planeter i bane rundt andre stjerner. Det fikk oss til å tenke på hvordan vi løser dette mysteriet. ”
Tidligere trodde astronomer at "støvfeller" - som er integrerte i planedannelsen - bare kunne eksistere i visse miljøer. I disse høytrykksregionene bremses store støvkorn ned til det punktet hvor de kan komme sammen. Disse regionene er ekstremt viktige siden de motvirker de to viktigste hindringene for planetarisk dannelse, som er drag og høyhastighetskollisjoner.
Dras er forårsaket av effekten gass har på støvkorn, noe som får dem til å bremse og til slutt drive inn i den sentrale stjernen (der de blir fortært). Når det gjelder høyhastighetskollisjoner, er det dette som får store rullesteiner til å smadre inn i hverandre og gå i stykker, og dermed reversere aggregeringsprosessen. Støvfeller er derfor nødvendig for å sikre at støvkorn blir bremset akkurat nok slik at de ikke ødelegger hverandre når de kolliderer.
For å se hvor vanlige disse støvfellene var, gjennomførte Dr. Gonzalez og hans kolleger en serie datasimuleringer som tok hensyn til hvordan støv i en protoplanetær disk kunne utøve gasskomponenten - en prosess kjent som "aerodynamisk tilbakreaksjon ”. Mens gass typisk har en hindrende innflytelse på støvpartikler, i spesielt støvete ringer, kan det motsatte være sant.
Denne effekten har i stor grad blitt ignorert av astronomer inntil nylig, siden den generelt er ganske ubetydelig. Men som teamet bemerket, er det en viktig faktor i protoplanetære disker, som er kjent for å være utrolig støvete miljøer. I dette scenariet er effekten av motreaksjonen å sakte innovergående støvkorn og skyve gass utover der det danner høytrykksregioner - dvs. "støvfeller".
Når de sto for disse effektene, viste simuleringene deres hvordan planeter dannes i tre grunnleggende trinn. I det første trinnet vokser støvkorn i størrelse og beveger seg innover mot den sentrale stjernen. I det andre akkumuleres og nå de større kornene av småstein-størrelse. I tredje og siste trinn skyves gassen utover av motreaksjonen, og skaper støvfelleområdene der den samler seg.
Disse fellene lar småsteinene samle seg for å danne planetesimaler, og til slutt planetstore verdener. Med denne modellen har astronomer nå en solid ide om hvordan planetdannelse går fra støvete disker til planetesimaler som kommer sammen. I tillegg til å løse et sentralt spørsmål om hvordan solsystemet ble til, kan denne typen forskning vise seg å være viktig i studiet av eksoplaneter.
Jordbaserte og rombaserte observatorier har allerede bemerket tilstedeværelsen av mørke og lyse ringer som dannes i protoplanetære disker rundt fjerne stjerner - som antas å være støvfeller. Disse systemene kan gi astronomer en sjanse til å teste denne nye modellen, mens de ser på at planetene sakte kommer sammen. Gonzalez indikerte:
”Vi var glade for å oppdage at med de riktige ingrediensene på plass kan støvfeller dannes spontant, i et bredt spekter av miljøer. Dette er en enkel og robust løsning på et langvarig problem i planetdannelse. "
