Teorien om, hvordan planeter formes, har været noget af et varigt mysterium for forskere. Mens astronomer har en temmelig god forståelse af, hvor planetariske systemer kommer fra - dvs. protoplanetære skiver af støv og gas omkring nye stjerner (alias "Nebular Theory") - er en fuldstændig forståelse af, hvordan disse diske til sidst bliver objekter store nok til at kollapse under deres egne tyngdekraften er forblevet undvigende.
Men takket være en ny undersøgelse fra et team af forskere fra Frankrig, Australien og Storbritannien ser det ud til, at det manglende stykke af puslespillet endelig kan være fundet. Ved hjælp af en række simuleringer har disse forskere vist, hvordan ”støvfælder” - dvs. regioner, hvor fragmenter i små størrelse kunne samles og klæber sammen - er almindelige nok til at give mulighed for dannelse af planetesimaler.
Deres undersøgelse med titlen "Selvinducerede støvfælder: Overvinde barrierer med planetformation", dukkede op for nylig i Månedlige meddelelser fra Royal Astronomical Society.Anført af Dr. Jean-Francois Gonzalez - fra Lyon Astrophysics Research Center (CRAL) i Frankrig - undersøgte teamet den besværlige midtfase af planetdannelse, der har plaget forskere.
Indtil for nylig er processen, hvormed protoplanetære skiver af støv og gas samles til dannelse af objekter i størrelse, og processen, hvor planetesimaler (objekter, der er hundrede meter eller mere i diameter), danner planetariske kerner, velkendt. Men processen, der bygger bro mellem disse to - hvor småsten samles for at danne planetesimaler - er stadig ukendt.
En del af problemet har været det faktum, at solsystemet, som har været vores eneste referenceramme i århundreder, dannede milliarder af år siden. Men takket være de nylige opdagelser (3453 bekræftede eksoplaneter og optælling) har astronomer haft mange muligheder for at studere andre systemer, der er i forskellige stadier af dannelsen. Som Dr. Gonzalez forklarede i en Royal Astronomical Society pressemeddelelse:
”Indtil nu har vi kæmpet for at forklare, hvordan småsten kan mødes for at danne planeter, og alligevel har vi nu opdaget et stort antal planeter i kredsløb omkring andre stjerner. Det fik os til at tænke på, hvordan vi løser dette mysterium. ”
Tidligere troede astronomer, at ”støvfælder” - som er integrerede i planetdannelsen - kun kunne eksistere inden for visse miljøer. I disse højtryksregioner sænkes store støvkorn ned til det punkt, hvor de er i stand til at komme sammen. Disse regioner er ekstremt vigtige, da de modvirker de to vigtigste hindringer for planetarisk dannelse, som er træk og højhastighedskollisioner.
Træk skyldes den virkning, gas har på støvkorn, hvilket får dem til at bremse og til sidst glide ind i den centrale stjerne (hvor de spises). Hvad angår kollisioner med høj hastighed, er det dette, der får store småsten til at smadre ind i hinanden og bryde fra hinanden, hvilket vender aggregeringsprocessen. Støvfælder er derfor nødvendige for at sikre, at støvkorn nedsættes lige nok, så de ikke ødelægger hinanden, når de kolliderer.
For at se, hvor almindelige disse støvfælder var, udførte Dr. Gonzalez og hans kolleger en række computersimuleringer, der tog højde for, hvordan støv i en protoplanetær disk kunne udøve træk på gaskomponenten - en proces, der kaldes ”aerodynamisk træk-reaktion” ”. Mens gas typisk har en anholdende indflydelse på støvpartikler, i især støvede ringe, kan det modsatte være sandt.
Denne virkning er indtil for nylig ignoreret af astronomer, da den generelt er ganske ubetydelig. Men som teamet bemærkede, er det en vigtig faktor i protoplanetære diske, som er kendt for at være utroligt støvede miljøer. I dette scenarie er virkningen af modreaktion at langsomt indadgående støvkorn og skubbe gas udad, hvor det danner højtryksregioner - dvs. "støvfælder".
Når de redegjorde for disse effekter, viste deres simuleringer, hvordan planeter dannes i tre grundlæggende faser. I den første fase vokser støvkorn i størrelse og bevæger sig indad mod den centrale stjerne. I det andet ophobes de langsomme kornstørrelse større korn og bremser dem. I det tredje og sidste trin skubbes gassen ud af bagreaktionen, hvilket skaber støvfælderegionerne, hvor den samler sig.
Disse fælder tillader derefter småsten at samles for at danne planetesimaler og til sidst planetstore verdener. Med denne model har astronomer nu en solid idé om, hvordan planetdannelse går fra støvede diske til planetesimaler, der samles. Ud over at løse et hovedspørgsmål til, hvordan solsystemet blev, kunne denne form for forskning vise sig at være afgørende i studiet af exoplaneter.
Jordbaserede og rumbaserede observatorier har allerede bemærket tilstedeværelsen af mørke og lyse ringe, der dannes i protoplanetære skiver omkring fjerne stjerner - som menes at være støvfælder. Disse systemer kunne give astronomer en chance for at teste denne nye model, da de ser planeter langsomt samles. Gonzalez angav:
”Vi var begejstrede for at opdage, at med de rigtige ingredienser på plads, kan støvfælder dannes spontant i en lang række miljøer. Dette er en enkel og robust løsning på et langvarigt problem i planetdannelse. ”
