Nya planeters byggstenar skulle kunna bildas lättare än man tidigare trott, enligt beräkningar av ett team ledd av en RIKEN-astrofysiker.
Planeter är födda från molnen av damm och gas som virvlar runt unga stjärnor. Dammpartiklar i dessa protoplanetära skivor smälter gradvis samman till korn, som sedan aggregeras till planetesimaler. Dessa planetesimaler, som kan vara flera kilometer breda, kan potentiellt bli grunden för nya världar.
Astronomer räknar fortfarande ut exakt hur vart och ett av dessa stadier uppstår. Till exempel kan planetesimaler bildas när dammkorn kolliderar och klibbar ihop, en process som kallas koagulering.
Alternativt kan motståndet som känns av dammkorn när de rör sig genom den protoplanetära skivan koncentrera dammet till lösa klumpar, en process som kallas strömningsinstabilitet. "Om dessa klumpar är tillräckligt stora kan planetesimaler bildas genom självgravitationell kollaps av klumpen", förklarar Ryosuke Tominaga från RIKEN Star and Planet Formation Laboratory.
För att bedöma den relativa betydelsen av dessa två processer i bildandet av planetesimaler, skapade Tominaga och Hidekazu Tanaka från Tohoku University i Sendai, Japan, en fysisk modell för att simulera beteendet hos dammkorn i protoplanetära skivor. Deras resultat publiceras i The Astrophysical Journal .
Baserat på tidigare simuleringar av planetesimal bildning inkluderade deras modell en rad faktorer som hastigheten och klibbigheten hos dammkornen. Om korn kolliderar för snabbt, till exempel, kan de faktiskt gå sönder snarare än att bilda ett större korn.
"Vissa studier har föreslagit att dammkorn inte är så klibbiga och att deras tillväxt kan begränsas av fragmentering i planetbildande regioner på grund av höga kollisionshastigheter", säger Tominaga. "Detta tros vara en barriär som förhindrar dammtillväxt mot planetesimals."
Tominaga och Tanakas modell uppskattade hur lång tid det skulle ta för dammkorn att växa genom koagulering och jämförde det med tidsskalan för klumpning av strömningsinstabilitet.
Modellen visade att båda processerna sker i liknande takt. Faktum är att klumpnings- och koaguleringsprocesserna hjälper varandra att fortsätta snabbt och fungerar som en positiv feedback-loop.
"Dammtillväxt förbättrar klumpningseffektiviteten, medan starkare klumpbildning främjar dammtillväxt", säger Tominaga. "Denna feedback har förutspåtts främja planetesimal bildning."
Effekten gällde för både isiga dammkorn och silikatkorn, som är mer som sand.
För nu ger modellen en väldigt enkel uppskattning av dammtillväxt, säger Tominaga. Han hoppas kunna utföra numeriska simuleringar med högre precision för att ge en mer detaljerad bild av dessa planetesimala bildningsprocesser.
Mer information: Ryosuke T. Tominaga et al, Rapid Dust Growth during Hydrodynamic Clumping due to Streaming Instability, The Astrophysical Journal (2023). DOI:10.3847/1538-4357/ad002e
Tillhandahålls av RIKEN
