Впечатление этого художника показывает молодую звезду, окруженную протопланетным диском, где пылинки собираются вместе, образуя планетезимали — строительные блоки новых планет. Фото: ESO/L. Кальсада
Согласно расчетам группы под руководством астрофизика RIKEN, строительные блоки новых планет могут формироваться легче, чем считалось ранее.
Планеты рождаются из облаков пыли и газа, вращающихся вокруг молодых звезд. Частицы пыли внутри этих протопланетных дисков постепенно объединяются в зерна, которые затем объединяются в планетезимали. Эти планетезимали, ширина которых может достигать нескольких километров, потенциально могут стать основой новых миров.
Астрономы все еще выясняют, как именно происходит каждая из этих стадий. Например, планетезимали могут образовываться, когда пылинки сталкиваются и слипаются друг с другом — процесс, известный как коагуляция.
Альтернативно, сопротивление, ощущаемое частицами пыли при их движении через протопланетный диск, может сконцентрировать пыль в рыхлых комках — процесс, называемый потоковой нестабильностью. «Если эти скопления достаточно массивны, планетезимали могут образоваться в результате самогравитационного коллапса скопления», — объясняет Рёсуке Томинага из Лаборатории формирования звезд и планет RIKEN.
Чтобы оценить относительную важность этих двух процессов в формировании планетезималей, Томинага и Хидекадзу Танака из Университета Тохоку в Сендае, Япония, создали физическую модель для моделирования поведения пылевых частиц в протопланетных дисках. Их результаты опубликованы в The Astrophysical Journal.
Основываясь на предыдущих моделях формирования планетезималей, их модель включала ряд факторов, таких как скорость и липкость пылинок. Например, если зерна сталкиваются слишком быстро, они могут фактически распасться, а не образовать более крупное зерно.
«Некоторые исследования показали, что пылинки не такие липкие и что их рост может быть ограничен фрагментацией в регионах формирования планет из-за высоких скоростей столкновений», — говорит Томинага. «Считается, что это один из барьеров, препятствующих росту пыли в направлении планетезималей».
Модель Томинаги и Танаки оценила, сколько времени потребуется пылинкам для роста за счет коагуляции, и сравнила это с временной шкалой слипания из-за потоковой нестабильности.
Модель показала, что оба процесса происходят с одинаковой скоростью. Действительно, процессы слипания и коагуляции помогают друг другу протекать быстро, действуя как петля положительной обратной связи.
«Рост пыли повышает эффективность комкования, а более сильное комкование способствует росту пыли», — говорит Томинага. «Было предсказано, что эта обратная связь будет способствовать образованию планетезималей».
Эффект справедлив как для ледяных пылинок, так и для силикатных зерен, которые больше похожи на песок.
«На данный момент модель дает очень простую оценку роста пыли», — говорит Томинага. Он надеется провести более точное численное моделирование, чтобы предложить более детальное представление о процессах формирования планетезималей.
