Rocky-planeter som Jorden antages alle at være begyndt som støv, der cirkler nyfødte stjerner, og ledetråde om oprindelsen af sådan støv kommer til os i dagens meteoritter og kometer, samt observationer af cirkumstellariske diske omkring unge stjerner.
Men mysteriet har indhyllet detaljerne i udviklingen af støv, og hvordan det til sidst kommer til at danne større genstande. Nu to papirer i tidsskriftet Natur foreslår en ny mekanisme til at forklare den.
Den nye mekanisme hænger sammen med varmechokeret krystallinsk støvkorn, der på en eller anden måde vandrede fra hvor de blev oprettet - formodentlig tæt på solen - til det ydre solsystem. Som implikation bør den samme proces forekomme omkring andre unge stjerner.
Et trio af tidligere hypoteser var blevet foreslået for at forklare migrationen, men ingen af dem var helt passende. De omfattede ifølge fysiker Dejan Vinkovic fra University of Split i Kroatien turbulent blanding, ballistisk opsætning af partikler i en tæt vind skabt ved interaktion mellem akkretionsskiven med den unge stjernes magnetfelt (kaldet X-wind-modellen), og blanding formidlet af forbigående spiralarme i marginalt tyngdekraft ustabile diske. Vinkovic er hovedforfatter på en af Natur papirer.
"Den turbulente blanding kræver en kilde til effektiv turbulent viskositet, og den magnetorotational ustabilitet påberåbes som den mest lovende kandidat, men store strækninger af disken betragtes som ikke tilstrækkeligt ioniserede til at holde denne ustabilitet aktiv," skrev han. "X-wind-modellen er afhængig af den teoretiske opfattelse af magnetfeltkonfigurationer i umiddelbar nærhed af før-hoved-sekvensstjerner, og der er store forhåbninger om fremtidige observationer for at løse dette forhold."
Og til sidst: "Spiralarmmodellen er inden for diskussionerne om, hvorvidt de underliggende numeriske, fysiske tilnærmelser og antagelser om de indledende forhold er realistiske nok til at gøre resultater plausible."
I det andet papir finder Peter Abraham fra det ungarske videnskabsakademi og hans kolleger signaturen af krystallinsk støv, efter at en ung stjerne blussede, mens arkivdata ikke viste noget tegn på det før flammen.
Vinkovic-papiret undersøger blandingen af store krystallinske støvpartikler i den protoplanetære tåge omkring den unge sol.
Kraften, der produceres af lyset, der skinner på et objekt, er et velkendt fænomen kaldet strålingstryk. Vi føler det ikke i hverdagen, fordi vi er for massiv til, at denne effekt kan ses. For meget små partikler kan på den anden side denne kraft være større end den tyngdekraft, der holder partikler i kredsløb omkring stjernen. Undersøgelser har hidtil kun været fokuseret på strålingstrykket på grund af stjernelyset. Resultaterne viste, at individuelle kerner ikke ville rejse langt og blive skubbet dybere ned i disken.
Vinkovic rapporterer, at infrarød stråling, der stammer fra den støvede disk, kan loftet korn, der er større end et mikrometer, ud af den indvendige disk, hvor de skubbes udad fra stjernestrålingen, mens de glider over disken. Korn kommer igen ind i disken ved radier, hvor det er for koldt til at producere tilstrækkelig understøttelse af infrarødt strålingstryk for en given kornstørrelse og fast densitet.
Vinkovic påpeger dog, at det ikke kun er stjernen, men også disken, der skinner. Når man studerer effekter på protoplanetære støvkorn, der er større end et mikrometer, hvilket kan sammenlignes med partikelstørrelsen af cigaretrøg, har Vinkovic opdaget, at det intense infrarøde lys fra de hotteste regioner på den protoplanetære disk er i stand til at skubbe sådan støv ud af disken. Infrarød stråling er det, vi kan føle som ”varme” på vores hud. Kombination af strålingstryk fra stjernen og disken skaber en nettokraft, der gør det muligt for støvkorn at surfe langs skiveoverfladen fra indre til ydre områder af disken.
Temperaturerne i dette varme område når omkring 1500 grader Kelvin (2200 grader Fahrenheit), nok til at fordampe faste støvpartikler eller til at ændre deres fysiske og kemiske struktur. Mekanismen, som Vinkovic beskriver i sit papir, ville overføre sådanne ændrede støvpartikler til koldere skiveområder væk fra stjernen. Dette kan forklare, hvorfor kometer indeholder en forundrende kombination af is og partikler ændret ved høje temperaturer. Astronomer er blevet forvirrede af denne blanding, da kometer dannes i kolde skiveregioner af frosne stoffer som vand, kuldioxid eller methan. Rocky støvpartikler, der ender med at blandes med is, forventes derfor aldrig at opleve høje temperaturer.
I en redaktion, der ledsagede undersøgelserne, skrev astrofysiker, University of Missouri, Aigen Li, at oprindelsen af krystallinske silikater i kometer "har været et spørgsmål om debat siden deres første opdagelse for 20 år siden."
Mens Li touts lover i den nye teori, “Det ville være interessant at se, om andre mekanismer, såsom turbulent blanding og 'X-wind' -modellen effektivt ville føre submicrometre korn, som er effektive midt-IR-udsendere, udad og inkorporere dem i kometer, ”skrev han. ”Det er også muligt, at nogle - men ikke alle - krystallinske silikater fremstilles in situ i kometære komæer.”
Kilde: Vinkovics pressemeddelelse. Se en kort animation, der viser, hvordan den nyligt foreslåede mekanisme for støvbevægelse fungerer.
