Enligt den mest accepterade teorin om planetbildning (Nebular Hypothesis) började solsystemet för ungefär 4,6 miljarder år sedan från ett massivt moln av damm och gas (alias en nebula). Efter att molnet upplevde gravitationskollaps i mitten och bildade solen, föll den återstående gasen och dammet in i en skiva som kretsade kring den. Planeterna ansluts gradvis från denna disk över tid, vilket skapar det system vi känner idag.
Men fram till nu har forskare undrat hur damm kan samlas i mikrogravitet för att bilda allt från stjärnor och planeter till asteroider. En ny studie av ett team av tyska forskare (och medförfattare av Rutgers University) fann emellertid att material i mikrogravitet spontant utvecklar starka elektriska laddningar och håller ihop. Dessa fynd kunde lösa det långa mysteriet om hur planeter bildades.
Enkelt uttryckt har fysiker varit i mörkret om hur nebulärt material kan samlas för att bilda stora kroppar i rymden. Medan vidhäftning kan få dammpartiklar att hålla sig ihop och stora partiklar dras samman av ömsesidig tyngdkraft har mellansteget förblivit svårt. I princip tenderar objekt som sträcker sig från millimeter och centimeter att studsa av varandra snarare än att hålla sig ihop.
För deras studie, som nyligen dök upp i tidskriften Natur, teamet genomförde ett experiment där glaspartiklar placerades i mikrogravitationsförhållanden för att se hur de uppförde sig. Överraskande fann teamet att partiklarna utvecklade starka elektriska laddningar. Så starka faktiskt att de polariserade varandra och uppförde sig som magneter.
Teamet följde upp detta genom att köra datorsimuleringar för att se om denna process skulle kunna överbrygga klyftan mellan fina partiklar som klumpar samman och större föremål som aggregeras på grund av ömsesidig tyngdkraft. Vad de hittade här var att planetbildningsmodellerna överensstämde med deras experimentdata, så länge som elektrisk laddning finns.
Dessa resultat fyller effektivt ett långvarigt gap i den mest accepterade modellen för planetbildning. Dessutom kan de ha många industriella tillämpningar här på jorden. Sa Troy Shinbrot, professor i biomedicinsk teknik vid Rutgers University-New Brunswick och medförfattare om studien:
”Vi kan ha övervunnit ett grundläggande hinder för att förstå hur planeter bildas. Mekanismer för att generera aggregat i industriella processer har också identifierats och som - hoppas vi - kan kontrolleras i framtida arbete. Båda resultaten beror på en ny förståelse av att elektrisk polarisering är central för aggregeringen. ”
Potentialen för industriella tillämpningar beror på att liknande processer används på jorden för produktion av allt från plast till läkemedel. Detta består av gastryck som används för att pressa partiklar uppåt, under vilken tid de kan aggregeras på grund av statisk elektricitet. Detta kan orsaka fel i utrustningen och leda till brister i slutprodukten.
Denna studie kan därför leda till införandet av nya metoder i industriell bearbetning som skulle vara mer effektiva än traditionella elektrostatiska kontroller. Dessutom kan det leda till en förfining av planetbildningsteorier genom att tillhandahålla den saknade länken mellan fina partiklar och större aggregat.
Ett annat mysterium löst, svar pussel till pussel. Ett steg närmare svaret på den grundläggande frågan, "hur började det hela?"
