Aangenomen wordt dat rotsachtige planeten zoals de aarde zijn begonnen als stof die rond pasgeboren sterren cirkelt, en aanwijzingen over de oorsprong van dergelijk stof komen naar ons toe in de meteorieten en kometen van vandaag, evenals waarnemingen van circumstellaire schijven rond jonge sterren.
Maar mysterie heeft de details van de evolutie van stof gehuld en hoe het uiteindelijk tot grotere objecten komt. Nu twee kranten in het dagboek Natuur stellen een nieuw mechanisme voor om het uit te leggen.
Het nieuwe mechanisme hangt af van door hitte geschokte kristallijne stofkorrels, die op de een of andere manier zijn gemigreerd van waar ze zijn gemaakt - vermoedelijk dicht bij de zon - naar het buitenste zonnestelsel. Dit impliceert dat hetzelfde proces zou moeten plaatsvinden rond andere jonge sterren.
Er was een drietal hypothesen uit het verleden voorgesteld om de migratie te verklaren, maar geen van deze paste helemaal. Ze omvatten, volgens natuurkundige Dejan Vinkovic van de Universiteit van Split in Kroatië, turbulent mengen, ballistische lancering van deeltjes in een dichte wind gecreëerd door interactie van de accretieschijf met het magnetische veld van de jonge ster (het X-wind-model genoemd), en mengen gemedieerd door voorbijgaande spiraalarmen in marginaal door zwaartekracht instabiele schijven. Vinkovic is hoofdauteur van een van de Natuur papieren.
"De turbulente menging vereist een bron van efficiënte turbulente viscositeit en de magnetorotationele instabiliteit wordt aangeroepen als de meest veelbelovende kandidaat, maar grote stukken van de schijf worden als onvoldoende geïoniseerd beschouwd om deze instabiliteit actief te houden", schreef hij. "Het X-wind-model is gebaseerd op de theoretische notie van magnetische veldconfiguraties in de directe omgeving van pre-hoofdreekssterren en er worden hoge verwachtingen gesteld van toekomstige waarnemingen om deze hachelijke situatie op te lossen."
En tot slot: "Het model met spiraalarmen is in het domein van discussies over de vraag of de onderliggende getallen, fysieke benaderingen en veronderstellingen over de beginvoorwaarden realistisch genoeg zijn om resultaten aannemelijk te maken."
In het andere artikel vinden Peter Abraham van de Hongaarse Academie van Wetenschappen en zijn collega's de signatuur van kristallijn stof nadat een jonge ster oplaaide, terwijl archiefgegevens er geen teken van vertoonden vóór de gloed.
Het Vinkovic-artikel onderzoekt het mengen van grote kristallijne stofdeeltjes in de protoplanetaire nevel rond de jonge zon.
De kracht die wordt opgewekt door het licht dat op een object schijnt, is een bekend verschijnsel dat stralingsdruk wordt genoemd. We voelen het niet in het dagelijks leven omdat we te groot zijn om dit effect waar te nemen. Voor zeer kleine deeltjes daarentegen kan deze kracht zelfs groter zijn dan de zwaartekracht die deeltjes in de baan rond de ster houdt. Onderzoeken zijn tot nu toe alleen gericht op de stralingsdruk als gevolg van het sterrenlicht. De resultaten toonden aan dat individuele korrels niet ver zouden reizen en dieper in de schijf zouden worden geduwd.
Vinkovic meldt dat infraroodstraling afkomstig van de stoffige schijf korrels groter dan één micrometer uit de binnenste schijf kan halen, waar ze naar buiten worden geduwd door stellaire stralingsdruk terwijl ze boven de schijf glijden. Korrels komen de schijf opnieuw binnen bij radii waar het te koud is om voldoende infraroodstraling drukondersteuning te produceren voor een gegeven korrelgrootte en vaste dichtheid.
Vinkovic wijst er echter op dat niet alleen de ster, maar ook de schijf schittert. Bij het bestuderen van effecten op protoplanetaire stofkorrels die groter zijn dan één micrometer, wat vergelijkbaar is met de deeltjesgrootte van sigarettenrook, heeft Vinkovic ontdekt dat het intense infraroodlicht van de heetste delen van de protoplanetaire schijf in staat is om dergelijk stof uit de schijf te duwen. Infraroodstraling is wat we kunnen voelen als 'warmte' op onze huid. Een combinatie van stralingsdruk van de ster en de schijf creëert een netto kracht die het mogelijk maakt dat stofdeeltjes langs het schijfoppervlak van binnen naar buiten van de schijf surfen.
De temperaturen in dit hete gebied bereiken ongeveer 1500 graden Kelvin (2200 graden Fahrenheit), genoeg om vaste stofdeeltjes te verdampen of hun fysische en chemische structuur te veranderen. Het mechanisme dat Vinkovic in zijn artikel beschrijft, zou dergelijke veranderde stofdeeltjes overbrengen naar koudere schijfgebieden weg van de ster. Dit kan verklaren waarom kometen een raadselachtige combinatie bevatten van ijs en deeltjes die bij hoge temperaturen zijn veranderd. Astronomen staan perplex van dit mengsel, aangezien kometen in koude schijfgebieden ontstaan uit bevroren stoffen zoals water, kooldioxide of methaan. Rotsachtige stofdeeltjes die uiteindelijk vermengd worden met ijs zullen daarom naar verwachting nooit hoge temperaturen ervaren.
In een redactioneel commentaar bij de studies schreef astrofysicus Aigen Li van de Universiteit van Missouri dat de oorsprong van kristallijne silicaten in kometen 'een onderwerp van discussie is geweest sinds hun eerste detectie twintig jaar geleden'.
Li-touts beloven in de nieuwe theorie: “Het zou interessant zijn om te zien of andere mechanismen zoals turbulent mengen en het 'X-wind'-model effectief submicrometerkorrels, die efficiënte mid-IR-emitters zijn, naar buiten transporteren en opnemen in kometen ”, schreef hij. "Het is ook mogelijk dat sommige - maar niet alle - kristallijne silicaten in situ in cometaire comae worden gemaakt."
Bron: Vinkovic's persbericht. Bekijk een korte animatie die laat zien hoe het nieuw voorgestelde mechanisme van stofverplaatsing werkt.
