Klippiga planeter som Jorden tros alla ha börjat som damm som cirklar nyfödda stjärnor, och ledtrådar om sådant damms ursprung kommer till oss i dagens meteoriter och kometer, liksom observationer av cirkumstellarskivor runt unga stjärnor.
Men mysteriet har omhyllat detaljerna om utvecklingen av damm och hur det så småningom kommer att bilda större föremål. Nu, två tidningar i tidskriften Natur föreslår en ny mekanism för att förklara den.
Den nya mekanismen hänger ihop med värmechockade kristallina dammkorn, som på något sätt vandrade där de skapades - förmodligen nära solen - till det yttre solsystemet. Implikationen bör samma process ske runt andra unga stjärnor.
En trio av tidigare hypoteser hade föreslagits för att förklara migrationen, men ingen av dem passade riktigt. De inkluderade, enligt fysiker Dejan Vinkovic från University of Split i Kroatien, turbulent blandning, ballistisk lansering av partiklar i en tät vind som skapats genom interaktion mellan ackretionsskivan med den unga stjärnans magnetfält (kallad X-wind-modellen), och blandning medierad av kortvariga spiralarmar i marginellt gravitationellt instabila skivor. Vinkovic är huvudförfattare på en av Natur papper.
"Den turbulenta blandningen kräver en källa till effektiv turbulent viskositet och magnetorotationsinstabiliteten åberopas som den mest lovande kandidaten, men stora sträckor av skivan anses inte vara tillräckligt joniserade för att hålla denna instabilitet aktiv," skrev han. "X-vindmodellen förlitar sig på den teoretiska uppfattningen om magnetfältskonfigurationer i omedelbar närhet av pre-huvudsekvensstjärnor och stora förhoppningar ställs på framtida observationer för att lösa detta problem."
Och slutligen, "Spiralarmsmodellen är inom området för diskussioner om huruvida de underliggande numeriken, fysiska tillnärmningar och antaganden om de ursprungliga förhållandena är tillräckligt realistiska för att göra resultaten plausibla."
I det andra uppsatsen hittar Peter Abraham från den ungerska vetenskapsakademin och hans kollegor signaturen av kristallint damm efter att en ung stjärna blossat, medan arkivdata inte visade några tecken på det före flänsen.
Vinkovic-papperet undersöker blandningen av stora kristallina dammpartiklar i den protoplanetära nebulosan runt den unga solen.
Kraften som produceras av ljuset som lyser på ett föremål är ett välkänt fenomen som kallas strålningstryck. Vi känner det inte i det dagliga livet eftersom vi är för massiva för att denna effekt ska märkas. För mycket små partiklar, å andra sidan, kan denna kraft vara större även än tyngdkraften som håller partiklar i banan runt stjärnan. Undersökningarna har hittills endast varit inriktade på strålningstrycket på grund av stjärnljuset. Resultaten visade att enskilda korn inte skulle resa långt och skulle skjutas djupare in i disken.
Vinkovic rapporterar att infraröd strålning som härrör från den dammiga skivan kan loftkorn som är större än en mikrometer ut ur den inre skivan, där de skjuts utåt med ett strålningstryck medan de glider över disken. Spann kommer igen in i skivan vid radier där det är för kallt för att producera tillräckligt med infrarött strålningstryck för en viss kornstorlek och fast densitet.
Vinkovic påpekar dock att det inte bara är stjärnan utan också disken som lyser. När man studerar effekter på protoplanetära dammkorn som är större än en mikrometer, vilket är jämförbart med partikelstorleken för cigarettrök, har Vinkovic upptäckt att det intensiva infraröda ljuset från de hetaste områdena på den protoplanetära skivan kan driva sådant damm ur disken. Infraröd strålning är vad vi kan känna som ”värme” på vår hud. Kombination av strålningstryck från stjärnan och skivan skapar en nettokraft som gör att dammkorn kan surfa längs skivytan från skivans inre till yttre områden.
Temperaturen i detta heta område når cirka 1500 grader Kelvin (2200 grader Fahrenheit), tillräckligt för att förånga fasta dammpartiklar eller för att förändra deras fysikaliska och kemiska struktur. Mekanismen som Vinkovic beskriver i sitt papper skulle överföra sådana förändrade dammpartiklar till kallare skivregioner bort från stjärnan. Detta kan förklara varför kometer innehåller en förbryllande kombination av is och partiklar förändrade vid höga temperaturer. Astronomer har blivit förvirrade av denna blandning, eftersom kometer bildas i kalla skivregioner av frysta ämnen som vatten, koldioxid eller metan. Steniga dammpartiklar som slutar blandas med is förväntas därför aldrig uppleva höga temperaturer.
I en redaktion som åtföljde studierna skrev Astrophysicist University of Missouri Aigen Li att ursprunget till kristallina silikater i kometer "har varit en debattfråga sedan deras första upptäckt för 20 år sedan."
Medan Li touts lovar i den nya teorin, "Det skulle vara intressant att se om andra mekanismer som turbulent blandning och" X-wind "-modellen effektivt skulle bära submikrometekorn, som är effektiva IR-emitterare, utåt och införliva dem i kometer, ”skrev han. "Det är också möjligt att vissa - men inte alla - kristallina silikater tillverkas in situ i kometärkoma."
Källa: Vinkovics pressmeddelande. Se en kort animation som visar hur den nyligen föreslagna mekanismen för dammrörelse fungerar.
