Vil du bygge himmelske gjenstander? Jeg mener det høres enkelt ut - du begynner bare med en stor sky av støv og gir den en pikse slik at den begynner å snurre og skjule seg, og du ender opp med en stjerne med noen få støv som sitter igjen i bane som fortsetter å skjule seg til å danne seg planeter.
Problemet er at denne prosessen ikke ser ut til å være fysisk mulig - eller i det minste ingenting som den kan replikeres i teoretiske standardmodeller og laboratoriesimuleringer. Det er et problem med de innledende småskala akkretisjonstrinn.
Støvpartikler ser ut til å feste seg lett sammen når de er veldig små - gjennom van der Waals og elektrostatiske krefter - som stadig bygger seg opp for å danne millimeter og til og med centimeter store tilslag. Men når de først har kommet til denne størrelsen, blir de klebrig kreftene mindre innflytelsesrike - og gjenstandene er fremdeles for små til å generere en meningsfull mengde gravitasjonsattraksjon. Hvilket samspill de har har mer i naturen av sprettkollisjoner - som oftest resulterer i at stykker blir fliset av de sprettende gjenstandene, slik at de begynner å bli mindre igjen.
Dette er et astrofysisk problem kjent som meterbarrieren.
Men stadig oftere kommer teoretikere frem til måter å komme seg rundt meterbarrieren på. For det første kan det være en feil å anta at du starter med en jevn støvsky, der spontan akkresjon skjer overalt i skyen.
Nåværende tankegang er at det kan ta en nærliggende supernova eller en nært migrerende stjerne for å utløse utviklingen av en støvsky til et fantastisk barnehage. Det er mulig at turbulens i en støvsky skaper boblebad og hvirvler som favoriserer lokal aggregering av små partikler til større partikler. Så heller enn å gå fra en ensartet støvsky til en enhetlig samling av veldig små bergarter - det er bare en sjansedannelse av akkrediterte gjenstander her og der.
Eller vi kan bare anta en viss stokastisk uunngåelighet rundt alt som har den svakeste sjansen for å skje - etter hvert å skje. I løpet av flere millioner år, i en enorm støvsky som kan være flere hundre astronomiske enheter i diameter, blir et stort utvalg av interaksjoner mulig - og selv med en 99,99% sannsynlighet for at ingen gjenstander noensinne kan samles til en størrelse større enn en meter, er det fremdeles helt sannsynlig at dette kommer til å skje et sted i det enorme området.
Uansett, når du har noen få frøobjekter, antas det at snøballprosessen tar over. Når en samlet gjenstand oppnår en viss masse, vil dens treghet bety at den blir mindre involvert i turbulent strømning. Med andre ord, gjenstanden vil begynne å bevege seg gjennom, snarere enn å bevege seg med, det turbulente støvet. Under disse omstendighetene vil den oppføre seg som en snøball som ruller nedover en snødekt bakke, og samler et dekke av støv mens det pløyer gjennom støvskyen - og øker diameteren når den går.
Tiden som kreves for å bygge slike snøballede planetesim fra en radius (Rsnø) på 100 meter opp til 1000 kilometer er lang. Modelleringen som brukes antyder en tidsperiode (Tsnø) på mellom 1 og 10 millioner år.
Det er også mulig å modellere planetdannelse rundt binære stjerner. Ved å bruke omkretsparametere som tilsvarer de for det binære systemet Alpha Centauri A og B, beregnes snøballprosessen for å fungere mer effektivt slik at Tsnø er sannsynligvis ikke mer enn 1 million år.
Når hundre kilometer store planetesimaler har dannet seg, ville de fortsatt delta i kollisjoner. Men i denne størrelsen genererer gjenstandene betydelig egengravitet og kollisjoner er mer sannsynlig å være konstruktive - til slutt resulterer det i planeter med sitt eget kretsløp, som deretter danner ringer og måner.
Det er bevis på at noen stjerner kan danne planeter (minst gassgiganter) i løpet av 1 million år - for eksempel GM Aurigae - mens solsystemet vårt kan ha tatt en mer bedagelig 100 millioner år fra solens fødsel til den nåværende samlingen av steinete, gassete og isete planeter fullstendig anskaffet ut av støvet.
Så det er mer enn en snøballs sjanse i helvete at denne teorien kan bidra til en bedre forståelse av planetdannelse.
Videre lesning: Xie et al. Fra støv til planetesimal: snøballfasen?
