Vil du bygge himmelobjekter? Jeg mener, det lyder nemt - du starter bare med en stor sky af støv og giver den en skubbe, så den begynder at snurre sig og hævde sig, og du ender med en stjerne med et par snoede støv tilbage i kredsløb, som fortsætter med at hæve sig til dannelse planeter.
Problemet er, at denne proces ikke synes at være fysisk mulig - eller i det mindste intet som den kan replikeres i teoretiske standardmodeller og laboratoriesimuleringer. Der er et problem med de oprindelige småskala tiltrædelsestrin.
Støvpartikler ser ud til at klæbe let sammen, når de er meget små - gennem van der Waals og elektrostatiske kræfter - med konstant opbygning til dannelse af millimeter og endda centimeter store aggregater. Men når de når denne størrelse, bliver disse klæbrige kræfter mindre indflydelsesrige - og objekterne er stadig for små til at generere en meningsfuld mængde af tyngdekraftsattraktion. Hvilken interaktion de har, er mere i arten af hoppende kollisioner - hvilket oftest resulterer i, at stykker bliver skåret af de hoppende genstande, så de begynder at blive mindre igen.
Dette er et astrofysisk problem kendt som målerbarrieren.
Men i stigende grad kommer teoretikere op med måder at komme rundt på meterbarrieren. For det første kan det være en fejltagelse at antage, at du starter med en ensartet støvsky, hvor spontan ophobning sker overalt i skyen.
Nuværende tankegang er, at det kan tage en nærliggende supernova eller en tæt migrerende stjerne for at udløse udviklingen af en støvsky til et stjernebarne gartneri. Det er muligt, at turbulens i en støvsky skaber boblebad og hvirvler, der favoriserer den lokale aggregering af små partikler til større partikler. Så snarere end at gå fra en ensartet støvsky til en ensartet samling af meget små klipper - der er bare en chance for dannelse af hævede genstande her og der.
Eller vi kan bare antage en vis stokastisk uundgåelighed over alt, hvad der har den svageste chance for at ske - til sidst sker. I løbet af flere millioner år, inden for en enorm støvsky, der muligvis er flere hundrede astronomiske enheder i diameter, bliver et stort udvalg af interaktioner muligt - og selv med en 99,99% sandsynlighed for, at intet objekt nogensinde kan aggregeres til en størrelse, der er større end en meter, er det stadig helt sandsynligt, at dette vil ske et eller andet sted i det store område.
Uanset hvad, når du først har få frøemner, antages det, at sneboldprocessen overtager. Når et aggregeret objekt opnår en bestemt masse, vil dens inerti betyde, at det bliver mindre involveret i turbulent strømning. Med andre ord, genstanden vil begynde at bevæge sig igennem snarere end at bevæge sig med det turbulente støv. Under disse omstændigheder vil den opføre sig som en snebold, der ruller ned ad en snedækket bakke, og samler en dækbelægning, når den pløjer gennem støvskyen - og øger dens diameter, når den går.
Det tidsrum, der kræves for at bygge sådanne sneboldede planetesimaler fra en radius (Rsne) på 100 meter op til 1000 kilometer er lang. Den anvendte modellering antyder en tidsperiode (Tsne) på mellem 1 og 10 millioner år er påkrævet.
Det er også muligt at modellere planetdannelse omkring binære stjerner. Ved hjælp af orbitalparametre svarende til dem i det binære system Alpha Centauri A og B beregnes sneboldprocessen for at arbejde mere effektivt så Tsne er sandsynligvis ikke mere end 1 million år.
Når hundrede kilometer store planetesimals er dannet, ville de stadig deltage i kollisioner. Men i denne størrelse genererer objekterne betydelig selvtyngdekraft, og kollisioner er mere tilbøjelige til at være konstruktive - hvilket til sidst resulterer i planeter med deres eget kredsende affald, som derefter danner ringe og måner.
Der er bevis for, at nogle stjerner kan danne planeter (i det mindste gasgiganter) inden for 1 million år - såsom GM Aurigae - mens vores solsystem muligvis har taget en mere afslappet 100 millioner år fra Solens fødsel indtil den nuværende samling af klippefyldte, gassy og iskolde planeter fuldt ud hævet ud af støvet.
Så der er mere end en snebolds chance i helvede, at denne teori kan bidrage til en bedre forståelse af planetdannelse.
Yderligere læsning: Xie et al. Fra støv til planetesimal: sneboldfasen?
