Заряженные частицы образовали агломерат. Фото предоставлено: А.Г. Вурм
Планеты образуются, когда пыль и камни сталкиваются в диске вокруг молодой звезды и объединяются, образуя все более крупные тела. Эта так называемая аккреция еще до конца не изучена. Астрофизики из Университета Дуйсбург-Эссен смогли провести значимые наблюдения о скорости столкновения и электрическом заряде частиц посредством экспериментов на суборбитальном полете. Их результаты только что были опубликованы в журнале Nature Astronomy.
Чтобы из микрометровой пылинки сформировалась планета диаметром 10 000 километров, требуются миллионы лет. Все начинается с дискообразного облака газа (99%) и пыли (1%) – протопланетного диска. Частицы пыли сталкиваются друг с другом и образуют агломераты. Облака этих агломератов со временем распадаются на более крупные тела, так называемые планетезимали, диаметр которых может составлять от 1 до 100 километров. Благодаря гравитации планетезимали притягивают больше материи, превращаются в протопланеты, а затем и в полноценные планеты.
В ходе процессов в диске частицы преодолевают барьер столкновений. «На самом деле пылинки размером более 1 миллиметра вообще не могут расти, потому что они либо отскакивают друг от друга, либо распадаются», — объясняют астрофизики профессор доктор. Герхард Вурм и PD Dr. Йенс Тайзер. «Но поскольку они постоянно сталкиваются, они заряжаются по-разному, а затем притягиваются друг к другу».
Команда уже наблюдала адгезию из-за электростатического заряда в предыдущих экспериментах с башней. Поскольку в условиях невесомости измерения были возможны только около девяти секунд, они не смогли изучить окончательный размер и стабильность растущих тел.
Эксперименты в настоящем исследовании проводились совсем по-другому: они проходили во время суборбитального полета ракеты-зонда Европейского космического агентства (ЕКА). «Когда ракета поднялась на высоту 270 километров и вернулась, она предоставила нам шесть минут микрогравитации для контроля и наблюдения за нашими экспериментами с земли», — говорит Тейзер.
Команде UDE удалось напрямую наблюдать за ростом компактных агломератов размером около трех сантиметров и точно измерить максимальную скорость, с которой отдельные частицы могут сталкиваться, ничего не разрушая.
Обход упругого барьера. В протопланетных дисках частицы пыли могут вырасти до размера до миллиметра за счет «удара и прилипания». В этом размере преобладают прыжки. Частицы дециметрового размера могут в дальнейшем превратиться в планетезимали. Это создает разрыв в размерах. Стабильность трибозаряженных кластеров может преодолеть этот разрыв в размерах в формировании планетезималей. Фото предоставлено: Nature Astronomy (2025). DOI: 10.1038/s41550-024-02470-x.
«Агломераты настолько стабильны, что могут выдерживать бомбардировку отдельными частицами со скоростью до 0,5 метра в секунду. Все, что быстрее, разрушает его», — подчеркивает астрофизик Вурм. «Кроме того, мы провели численное моделирование, которое показывает, что столкновения на самом деле приводят к сильному электростатическому заряду и притяжению».
«Мы были удивлены, обнаружив такие специфические темпы эрозии», — добавляет Тейзер. «Тем более, что они близки к значениям, использованным в предыдущих моделированиях для фрагментации, то есть распада частиц или объектов». Это означает, что физические условия аналогичны тем, при которых материал находится в дискообразном облаке вокруг молодого». звезда разрушена или разрушена.
Результаты команды UDE включены в физические модели протопланетных дисков и роста частиц, тем самым помогая понять детали формирования планет.
Информация от: Университетом Дуйсбург-Эссен.
