• Home
  • Kemi
  • Astronomien
  • Energi
  • Naturen
  • Biologi
  • Fysik
  • Elektronik
  • Spontana dammfällor:Astronomer upptäcker en felande länk i planetbildningen

    En bild av en protoplanetarisk skiva, gjorda med hjälp av resultat från den nya modellen, efter bildandet av en spontan dammfälla, synlig som en ljus dammring. Gas är avbildat i blått och damm i rött. Kredit:Jean-Francois Gonzalez

    Planeter tros bildas i skivorna av damm och gas som finns runt unga stjärnor. Men astronomer har kämpat för att få ihop en fullständig teori om deras ursprung som förklarar hur det ursprungliga dammet utvecklas till planetsystem. Ett fransk-UK-australiskt lag tror nu att de har svaret, med sina simuleringar som visar bildandet av "dammfällor" där småstensstora fragment samlas och klibbar ihop, att växa till planeternas byggstenar. De publicerar sina resultat i Månatliga meddelanden från Royal Astronomical Society .

    Vårt solsystem, och andra planetsystem, började livet med skivor av gas och dammkorn runt en ung stjärna. Processerna som omvandlar dessa små korn, var och en några miljondelar av en meter (en mikron) tvärs över, i aggregat några centimeter stora, och mekanismen för att göra kilometerstora 'planetesimals' till planetkärnor, båda är väl förstådda.

    Mellanstadiet, ta småsten och sammanfoga dem till föremål lika stora som asteroider, är mindre tydlig, men med fler än 3, 500 planeter som redan finns runt andra stjärnor, hela processen måste vara allestädes närvarande.

    Dr Jean-Francois Gonzalez, av Centre de Recherche Astrophysique de Lyon, i Frankrike, ledde det nya arbetet. Han kommenterar:"Tills nu har vi kämpat för att förklara hur småsten kan gå samman för att bilda planeter, och ändå har vi nu upptäckt ett enormt antal planeter i omloppsbana runt andra stjärnor. Det fick oss att fundera på hur vi skulle lösa detta mysterium."

    Det finns två huvudbarriärer som måste övervinnas för att småsten ska bli planetesimaler. För det första gör draget av gas på stoftkorn i en skiva dem att driva snabbt mot den centrala stjärnan, där de förstörs, lämnar inget material för att bilda planeter. Den andra utmaningen är att växande spannmål kan brytas upp i höghastighetskollisioner, bryta dem i ett stort antal mindre bitar och vända aggregationsprocessen.

    Denna tecknade serie illustrerar stadierna i formningsmekanismen för dammfällor. Den centrala stjärnan är avbildad som gul, omgiven av den protoplanetära skivan, här visas i blått. Dammkornen utgör bandet som löper genom skivan. I det första skedet, dammkornen som växer i storlek, och rör sig inåt mot den centrala stjärnan. De nu större kornen i småstensstorlek (i den andra panelen) staplas sedan upp och saktar ner, och i det tredje steget trycks gasen utåt av bakreaktionen, skapa områden där damm samlas, de så kallade dammfällorna. Fällorna låter sedan stenarna samlas för att bilda planetesimaler, och så småningom planetstora världar. Kredit:© Volker Schurbert

    De enda platserna i planetbildande skivor där dessa problem kan övervinnas är så kallade "dammfällor". I dessa högtrycksområden, drivrörelsen saktar ner, tillåta dammkorn att samlas. Med sin reducerade hastighet, kornen kan också undvika fragmentering när de kolliderar.

    Tills nu, astronomer trodde att dammfällor bara kunde existera i mycket specifika miljöer, men datorsimuleringarna som körs av teamet indikerar att de är mycket vanliga. Deras modell ägnar särskild uppmärksamhet åt hur dammet i en skiva släpar på gaskomponenten. I de flesta astronomiska simuleringar, gas får dammet att röra sig, men ibland, i de dammigaste miljöerna, dammet verkar starkare på gasen.

    Denna effekt, känd som aerodynamisk drag-back-reaktion, är vanligtvis försumbar, så hittills har ignorerats i studier av odling och fragmentering av spannmål. Men dess effekter blir viktiga i dammrika miljöer, som de som finns där planeter bildas.

    Effekten av bakreaktionen är att bromsa inåtdriften av kornen, vilket ger dem tid att växa i storlek. En gång tillräckligt stor, kornen är deras egna herrar, och gasen kan inte längre styra deras rörelse. Gasen, under påverkan av denna motreaktion, kommer att tryckas utåt och bilda ett högtrycksområde:dammfällan. Dessa spontana fällor koncentrerar sedan kornen som kommer från de yttre skivområdena, skapar en mycket tät ring av fasta ämnen, och ge en hjälpande hand till bildandet av planeter.

    Denna tecknade serie illustrerar stadierna i formningsmekanismen för dammfällor. Den centrala stjärnan är avbildad som gul, omgiven av den protoplanetära skivan, här visas i blått. Dammkornen utgör bandet som löper genom skivan. I det första skedet, dammkornen som växer i storlek, och rör sig inåt mot den centrala stjärnan. De nu större kornen i småstensstorlek (i den andra panelen) staplas sedan upp och saktar ner, och i det tredje steget trycks gasen utåt av bakreaktionen, skapa områden där damm samlas, de så kallade dammfällorna. Fällorna låter sedan stenarna samlas för att bilda planetesimaler, och så småningom planetstora världar. Kredit:(c) Volker Schurbert

    Gonzalez avslutar:"Vi blev glada över att upptäcka att, med rätt ingredienser på plats, dammfällor kan bildas spontant, i en mängd olika miljöer. Detta är en enkel och robust lösning på ett långvarigt problem med planetbildning."

    Observatorier som ALMA i Chile ser redan ljusa och mörka ringar i att bilda planetsystem som tros vara dammfällor. Gonzalez och hans team, och andra forskargrupper runt om i världen, planerar nu att utöka fällmodellen hela vägen till bildandet av planetesimaler.


    © Vetenskap https://sv.scienceaq.com