Teorija o načinu formiranja planeta bila je trajna misterija za znanstvenike. Dok astronomi prilično dobro razumiju odakle dolaze planetarni sustavi - tj. Protoplanetarni diskovi prašine i plina oko novih zvijezda (aka. „Nebularna teorija“) - cjelovito razumijevanje kako ti diskovi na kraju postaju objekti dovoljno veliki da se mogu srušiti pod svoje vlastite gravitacija je ostala neuhvatljiva.
No zahvaljujući novoj studiji tima istraživača iz Francuske, Australije i Velike Britanije, čini se da je nedostatak komada slagalice napokon pronađen. Koristeći niz simulacija, ovi su istraživači pokazali kako su „zamke prašine“ - tj. Regije u kojima bi se fragmenti šljunčane veličine mogli sakupljati i lijepiti - dovoljno česti da omoguće stvaranje platesimalima.
Njihova studija pod naslovom „Zamke prašine samoinducira: Prevladavanje prepreka formiranja planeta“ pojavila se nedavno u časopisu Mjesečne obavijesti Kraljevskog astronomskog društva.Predvođen dr. Jean-Francoisom Gonzalezom iz Lionskog astrofizičkog istraživačkog centra (CRAL) u Francuskoj - tim je ispitao problematičnu srednju fazu planetarne formacije koja je zamarala znanstvenike.
Donedavno su se dobro poznavali proces pomoću kojeg se protoplanetarni diskovi prašine i plina agregiraju u obliku predmeta veličine pedale, kao i proces kojim planete-mali (predmeti promjera stotinu i više metara) oblikuju planetarne jezgre. Ali postupak koji povezuje ovo dvoje - gdje se šljunak spoji u obliku planetesimala - ostao je nepoznat.
Dio problema je činjenica da je Sunčev sustav, koji je stoljećima bio naš jedini referentni okvir, formirao milijarde godina. Ali zahvaljujući nedavnim otkrićima (3453 potvrđena egzoplaneta i brojanje), astronomi su imali puno prilika za proučavanje drugih sustava koji su u različitim fazama formiranja. Kao što je dr. Gonzalez objasnio u izjavi za medije Royal Astronomical Society:
"Do sada smo se borili s objašnjenjem kako se šljunak može složiti u planete, a mi smo sada otkrili ogroman broj planeta u orbiti oko drugih zvijezda. To nas je postavilo za razmišljanje o tome kako riješiti ovu tajnu. "
U prošlosti su astronomi vjerovali da bi "zamke prašine" - koje su sastavni dio formiranja planeta - mogle postojati samo u određenim sredinama. U tim oblastima visokog tlaka velika zrna prašine usporavaju se do točke gdje se mogu sakupljati. Te su regije izuzetno važne jer djeluju protiv dvije glavne prepreke planetarnoj formaciji, a to su sudari velike brzine i velike brzine.
Povlačenje nastaje zbog učinka koji plin ima na zrnca prašine, zbog čega oni usporavaju i na kraju odlaze u središnju zvijezdu (gdje se troše). Što se tiče sudara velike brzine, to je ono što uzrokuje da se veliki šljunak međusobno razbije i raspadne, te na taj način poništava proces agregiranja. Zbog toga su potrebne zamke prašine kako bi se osiguralo usporavanje zrna prašine tek toliko da se neće sudariti jedna s drugom kada se sudaraju.
Kako bi vidjeli koliko su uobičajene te klopke prašine, dr. Gonzalez i njegovi kolege proveli su niz računalnih simulacija koje su uzele u obzir kako prašina u protoplanetarnom disku može utjecati na plinsku komponentu - proces poznat kao "aerodinamična povratna reakcija povlačenja" ”. Dok plin obično ima zaustavni utjecaj na čestice prašine, posebno u prašnjavim prstenima, može biti točno.
Do nedavno su astronomi ovo djelovanje uglavnom ignorirali, budući da je njegov općenito prilično zanemariv. No, kako je tim primijetio, važan je faktor protoplanetarnih diskova, koji su poznati po nevjerojatno prašnjavim okruženjima. U ovom scenariju, učinak povratne reakcije je usporavanje kretanja zrna prašine prema unutra i potiskivanje plina prema van gdje formira područja visokog pritiska - tj. „Zamke prašine“.
Jednom kada su uzeli u obzir ove učinke, njihove simulacije pokazale su kako se planeti tvore u tri osnovne faze. U prvoj fazi zrno prašine raste u veličini i kreće se prema unutra prema središnjoj zvijezdi. U drugom se sada veća zrna šljunka nakupljaju i usporavaju. U trećoj i posljednjoj fazi, povratna reakcija gas se istiskuje prema van, stvarajući regije za hvatanje prašine gdje se akumulira.
Te zamke tada omogućuju da se šljunak sabere u obliku planetesimala, i na kraju svjetova veličine planeta. Pomoću ovog modela astronomi sada imaju čvrstu predodžbu o tome kako planetarna formacija ide od prašnjavih diskova do planeteimalista koji se okupljaju. Pored rješavanja ključnog pitanja o nastanku Sunčevog sustava, ova vrsta istraživanja mogla bi se pokazati od vitalnog značaja za proučavanje egzoplaneta.
Prizemni i svemirski opservatoriji već su primijetili prisutnost tamnih i svijetlih prstenova koji se formiraju u protoplanetarnim diskovima oko udaljenih zvijezda - za koje se vjeruje da su zamke prašine. Ovi sustavi mogli bi astronomima pružiti priliku da testiraju ovaj novi model, dok gledaju kako se planeti polako zbližavaju. Gonzalez je naznačio:
„Bili smo oduševljeni otkrićem da se s pravim sastojcima na mjestu mogu formirati zamke prašine spontano, u širokom rasponu okruženja. Ovo je jednostavno i robusno rješenje dugogodišnjeg problema u formaciji planeta. "
