Теорія про те, як формуються планети, стала для науковців нескінченною загадкою. Хоча астрономи досить добре розуміють, звідки беруться планетарні системи - тобто протопланетні диски пилу та газу навколо нових зірок (т.зв. «Небулярна теорія») - повне розуміння того, як ці диски з часом стають об’єктами, досить великими, щоб руйнуватися під їх власними. гравітація залишилася невловимою.
Але завдяки новому дослідженню групи дослідників з Франції, Австралії та Великобританії, здається, що відсутній фрагмент головоломки, нарешті, був знайдений. Використовуючи серію симуляцій, ці дослідники показали, як «пилові пастки» - тобто регіони, де фрагменти розміру з гальки могли збиратись і склеюватися - досить поширені для того, щоб дати змогу утворити плацметалі.
Їх дослідження під назвою "Самонавірені пилові пастки: подолання бар'єрів для формування планет" з'явилося нещодавно в Щомісячні повідомлення Королівського астрономічного товариства.Під керівництвом доктора Жана-Франсуа Гонсалеса - з Ліонського дослідницького центру астрофізики (CRAL) у Франції - команда дослідила неприємну середню стадію планетарного становлення, яка напала на вчених.
До недавнього часу добре розуміли процес, за допомогою якого протопланетні диски пилу і газу агрегатують для формування об’єктів розміром з дитячими, і процес, за допомогою якого планетизимали (об'єкти діаметром сто і більше) формують планетарні ядра. Але процес, який з'єднує ці два - коли камінчики збираються разом, щоб утворити плацмережі - залишився невідомим.
Частиною проблеми було те, що Сонячна система, яка була нашою єдиною орієнтиром протягом століть, сформувалася мільярди років тому. Але завдяки останнім відкриттям (3453 підтвердили екзопланети і підрахунок) астрономи мали багато можливостей вивчати інші системи, що знаходяться на різних стадіях формування. Як пояснив доктор Гонсалес у прес-релізі Королівського астрономічного товариства:
"До цих пір ми намагалися пояснити, як камінчики можуть зібратися, щоб утворити планети, і все ж ми зараз виявили величезну кількість планет на орбіті навколо інших зірок. Це змусило нас задуматися над тим, як розгадати цю таємницю ».
У минулому астрономи вважали, що "пилові пастки" - невід'ємні для формування планети - можуть існувати лише в певних середовищах. У цих регіонах високого тиску великі зерна пилу сповільнюються до того моменту, коли вони можуть зібратися. Ці регіони є надзвичайно важливими, оскільки вони протидіють двом головним перешкодам для планетарного формування, а саме - перетягуванню та швидкісним зіткненням.
Затягування спричинене впливом газу на зерно пилу, що змушує їх сповільнюватись і, врешті-решт, занести до центральної зірки (де вони споживаються). Що стосується швидкісних зіткнень, саме це змушує великі камінчики врізатися один в одного і розбиватися, тим самим змінюючи процес агрегації. Тому пилові пастки потрібні для того, щоб зерна пилу сповільнилися досить просто, щоб вони не знищували один одного при зіткненні.
Щоб побачити, наскільки поширені ці пастки для пилу, доктор Гонсалес та його колеги провели ряд комп’ютерних моделювань, які врахували, як пил у протопланетному диску може впливати на газовий компонент - процес, відомий як «аеродинамічна реакція перетягування назад». ”. У той час як газ, як правило, має затримуючий вплив на пилові частинки, в особливо запилених кільцях, може бути навпаки.
Цей ефект астрономи до недавнього часу значною мірою ігнорувались, оскільки загалом він досить мізерний. Але, як зазначила команда, це важливий фактор для протопланетних дисків, які відомі тим, що вони надзвичайно пильні. У цьому випадку ефект зворотної реакції полягає в уповільненні переміщення всередину пилових зерен і виштовхуванні газу назовні там, де він утворює області високого тиску, тобто "пилові пастки".
Після того, як вони враховували ці ефекти, їх моделювання показало, як планети формуються на трьох основних стадіях. На першій стадії пилові зерна збільшуються в розмірах і рухаються всередину до центральної зірки. По-друге, крупніші зерна, розміщені внизу, накопичуються і сповільнюються. На третій та заключній стадії газ виштовхується назовні зворотною реакцією, створюючи ділянки пиловловлювача, де він накопичується.
Потім ці пастки дозволяють камінчикам скупчуватися, утворюючи планетималі, і врешті-решт світи розміром з планетами. Завдяки цій моделі астрономи тепер мають міцне уявлення про те, як планетарна формація переходить від запилених дисків до планетнихмалень, що збираються разом. Окрім вирішення ключового питання щодо того, як з’явилася Сонячна система, подібне дослідження може виявитись життєво важливим при вивченні екзопланет.
Наземні та космічні обсерваторії вже відзначили наявність темних і яскравих кілець, що утворюються в протопланетних дисках навколо далеких зірок - які, як вважають, є пиловидними пастками. Ці системи могли б дати астрономам можливість випробувати цю нову модель, оскільки вони спостерігають, як планети повільно збираються. Гонсалес вказав:
«Ми були в захваті від того, що завдяки правильним інгредієнтам, пилові пастки можуть утворюватися мимовільно, в широкому діапазоні середовищ. Це просте і надійне рішення давньої проблеми формування планети ».
