Astronomi utan teleskop - en snöbolls chans

Pin
Send
Share
Send

Vill du bygga himmelsföremål? Jag menar att det låter lätt - du börjar bara med ett stort dammmoln och ger det ett stänk så att det börjar snurra och anpassa sig och du hamnar med en stjärna med några dammar kvar i omloppsbana som fortsätter att anpassa sig för att bilda planeter.

Problemet är att denna process inte verkar vara fysiskt möjlig - eller åtminstone inget liknande kan replikeras i teoretiska standardmodeller och laboratoriesimuleringar. Det finns ett problem med de initiala småskaliga ackretionsstegen.

Dammpartiklar verkar hålla fast vid varandra när de är mycket små - genom van der Waals och elektrostatiska krafter - som stadigt byggs upp för att bilda millimeter och till och med centimeter stora aggregat. Men när de väl når denna storlek blir de klibbiga krafterna mindre inflytelserika - och föremålen är fortfarande för små för att generera en meningsfull mängd gravitationsattraktion. Vilken interaktion de har är mer i naturen av studsande kollisioner - vilket oftast resulterar i att bitar klipps av de studsande föremålen, så att de börjar bli mindre igen.

Detta är ett astrofysikproblem som kallas meterbarriären.

Men allt oftare kommer teoretikerna att hitta sätt att komma runt meterbarriären. För det första kan det vara ett misstag att anta att du börjar med ett enhetligt dammmoln, där spontan tillträde sker överallt i molnet.

Nuvarande tänkande är att det kan ta en närliggande supernova eller en nära migrerande stjärna för att utlösa utvecklingen av ett dammmoln till en stjärna plantskola. Det är möjligt att turbulens i ett dammmoln skapar bubbelpooler och virvel som gynnar den lokala aggregeringen av små partiklar till större partiklar. Så snarare än att gå från ett enhetligt dammmoln till en enhetlig samling av mycket små stenar - det finns bara en chansbildning av tillhörda föremål här och där.

Eller så kan vi bara anta en viss stokastisk oundviklighet kring allt som har den svagaste chansen att hända - så småningom hända. Under flera miljoner år, inom ett enormt dammmoln som kan vara flera hundra astronomiska enheter i diameter, blir en enorm variation av interaktioner möjlig - och även med en 99,99% sannolikhet för att inget objekt någonsin kan samlas till en storlek större än en meter, är det fortfarande helt troligt att detta kommer att hända någonstans i det stora området.

Hursomhelst, när du har några fröobjekt, antas det att snöbollsprocessen tar över. När ett aggregerat objekt uppnår en viss massa kommer dess tröghet att innebära att det blir mindre engagerat i turbulent flöde. Med andra ord kommer objektet att börja röra sig genom, snarare än att flytta med det turbulenta dammet. Under dessa omständigheter kommer det att bete sig som en snöboll som rullar ner en snötäckt kulle och samlar en täckning av damm när den plöjer genom dammmoln - ökar dess diameter när det går.

Tiden som krävs för att bygga sådana snöbollade planetesimaler från en radie (Rsnö) på 100 meter upp till 1000 kilometer är lång. Den modellering som används föreslår ett tidsintervall (Tsnö) på mellan 1 och 10 miljoner år krävs.

Det är också möjligt att modellera planetbildning kring binära stjärnor. Med hjälp av omloppsparametrar motsvarande de för det binära systemet Alpha Centauri A och B, beräknas snöbollsprocessen fungera mer effektivt så att Tsnö är förmodligen inte mer än 1 miljon år.

När hundra kilometer stora planetesimaler har bildats skulle de fortfarande delta i kollisioner. Men vid denna storlek genererar föremålen betydande självtyngd och kollisioner är mer benägna att vara konstruktiva - vilket så småningom resulterar i planeter med sitt eget kretsande skräp, som sedan bildar ringar och månar.

Det finns bevis för att vissa stjärnor kan bilda planeter (åtminstone gasjättar) inom 1 miljon år - som GM Aurigae - medan vårt solsystem kan ha tagit ett mer avslappnande 100 miljoner år från solens födelse till den nuvarande samlingen av steniga, gassiga och isiga planeter som är fullständigt förankrade ur dammet.

Så det finns mer än en snöbolls chans i helvetet att denna teori kan bidra till en bättre förståelse av planetbildning.

Vidare läsning: Xie et al. Från damm till planetesimal: snöbollfasen?

Pin
Send
Share
Send