Spontane støvfælder:Astronomer opdager et manglende led i planetdannelsen

Planeter menes at dannes i skiverne af støv og gas, der findes omkring unge stjerner. Men astronomer har kæmpet for at samle en komplet teori om deres oprindelse, der forklarer, hvordan det oprindelige støv udvikler sig til planetsystemer. Et fransk-UK-australsk hold tror nu, at de har svaret, med deres simuleringer, der viser dannelsen af ​​'støvfælder', hvor småstensstore fragmenter samles og klæber sammen, at vokse ind i planeternes byggesten. De offentliggør deres resultater i Månedlige meddelelser fra Royal Astronomical Society .

Vores solsystem, og andre planetsystemer, begyndte livet med skiver af gas og støvkorn omkring en ung stjerne. De processer, der omdanner disse små korn, hver et par milliontedele meter (en mikron) på tværs, i aggregater på få centimeter store, og mekanismen til at lave kilometerstore 'planetesimals' til planetkerner, er begge godt forstået.

Mellemstadiet, tage småsten og forbinde dem til objekter på størrelse med asteroider, er mindre klar, men med mere end 3, 500 planeter allerede fundet omkring andre stjerner, hele processen skal være allestedsnærværende.

Dr. Jean-Francois Gonzalez, fra Centre de Recherche Astrophysique de Lyon, i Frankrig, ledet det nye arbejde. Han kommenterer:"Indtil nu har vi kæmpet for at forklare, hvordan småsten kan samles og danne planeter, og alligevel har vi nu opdaget et stort antal planeter i kredsløb om andre stjerner. Det fik os til at tænke på, hvordan vi skulle løse dette mysterium."

Der er to hovedbarrierer, der skal overvindes, for at småsten kan blive planetesimaler. For det første får træk af gas på støvkorn i en skive dem til at drive hurtigt mod den centrale stjerne, hvor de bliver ødelagt, efterlader intet materiale til at danne planeter. Den anden udfordring er, at dyrkning af korn kan brydes op ved højhastighedskollisioner, bryde dem i et stort antal mindre stykker og vende aggregeringsprocessen.

De eneste steder i planetdannende skiver, hvor disse problemer kan overvindes, er såkaldte 'støvfælder'. I disse højtryksregioner, drivbevægelsen aftager, tillader støvkorn at samle sig. Med deres reducerede hastighed, kornene kan også undgå fragmentering, når de støder sammen.

Indtil nu, astronomer troede, at støvfælder kun kunne eksistere i meget specifikke miljøer, men computersimuleringerne, som holdet kører, indikerer, at de er meget almindelige. Deres model er særlig opmærksom på den måde, støvet i en disk trækker på gaskomponenten. I de fleste astronomiske simuleringer, gas får støvet til at bevæge sig, men nogle gange, i de mest støvede indstillinger, støvet virker stærkere på gassen.

Denne effekt, kendt som aerodynamisk træk tilbage-reaktion, er normalt ubetydelig, så indtil nu er blevet ignoreret i undersøgelser af dyrkning og fragmentering af korn. Men dets virkninger bliver vigtige i støvrige miljøer, som dem, der findes, hvor planeter dannes.

Effekten af ​​tilbagereaktionen er at bremse den indadgående drift af kornene, hvilket giver dem tid til at vokse i størrelse. Når den er stor nok, kornene er deres egne herrer, og gassen kan ikke længere styre deres bevægelse. Gassen, under indflydelse af denne tilbagereaktion, vil blive skubbet udad og danne et højtryksområde:støvfælden. Disse spontane fælder koncentrerer derefter kornene, der kommer fra de ydre skiveområder, skabe en meget tæt ring af faste stoffer, og give en hjælpende hånd til dannelsen af ​​planeter.

Gonzalez slutter:"Vi var begejstrede over at opdage, at med de rigtige ingredienser på plads, støvfælder kan dannes spontant, i en lang række miljøer. Dette er en enkel og robust løsning på et langvarigt problem i planetdannelse."

Observatorier som ALMA i Chile ser allerede lyse og mørke ringe i at danne planetsystemer, der menes at være støvfælder. Gonzalez og hans hold, og andre forskningsgrupper rundt om i verden, planlægger nu at udvide fældemodellen helt til dannelsen af ​​planetesimaler.