Wil je hemellichamen bouwen? Ik bedoel, het klinkt eenvoudig - je begint gewoon met een grote stofwolk en geeft er een duwtje aan zodat het begint te draaien en zich aan te trekken en je eindigt met een ster met een paar slierten stof in de ruimte die zich blijven vastzetten om zich te vormen planeten.
Het probleem is dat dit proces fysiek niet mogelijk lijkt - of in ieder geval niets dat kan worden gerepliceerd in standaard theoretische modellen en laboratoriumsimulaties. Er is een probleem met de initiële kleinschalige aanwasstappen.
Stofdeeltjes lijken gemakkelijk aan elkaar te kleven als ze heel klein zijn - door van der Waals en elektrostatische krachten - en zich gestaag opbouwen tot aggregaten van millimeters en zelfs centimeters. Maar zodra ze deze grootte hebben bereikt, worden die kleverige krachten minder invloedrijk - en de objecten zijn nog steeds te klein om een zinvolle hoeveelheid aantrekkingskracht te genereren. Welke interactie ze wel hebben, ligt meer in de aard van stuiterende botsingen - die er meestal toe leiden dat stukken van de stuiterende objecten worden afgebroken, zodat ze weer kleiner worden.
Dit is een astrofysisch probleem dat bekend staat als de meterbarrière.
Maar in toenemende mate bedenken theoretici manieren om de meterbarrière te omzeilen. Ten eerste kan het een vergissing zijn om aan te nemen dat je begint met een uniforme stofwolk, waarbij overal in de wolk spontane accretie plaatsvindt.
Het huidige denken is dat er misschien een supernova in de buurt of een dicht bij elkaar bewegende ster nodig is om de ontwikkeling van een stofwolk in een stellaire kraamkamer op gang te brengen. Het is mogelijk dat turbulentie in een stofwolk draaikolken en wervelingen veroorzaakt die de lokale aggregatie van kleine deeltjes tot grotere deeltjes bevorderen. Dus in plaats van van een uniforme stofwolk naar een uniforme verzameling van zeer kleine rotsen te gaan, is er hier en daar een toevallige vorming van geaccreteerde objecten.
Of we kunnen gewoon een zekere stochastische onvermijdelijkheid aannemen over alles wat de kleinste kans heeft om te gebeuren - en uiteindelijk te gebeuren. In een enorme stofwolk van enkele honderden astronomische eenheden met een diameter van enkele miljoenen jaren wordt een enorme verscheidenheid aan interacties mogelijk - en zelfs met een waarschijnlijkheid van 99,99% dat geen enkel object ooit kan worden samengevoegd tot een grootte groter dan een meter, is het nog steeds zeer waarschijnlijk dat dit gaat gebeuren ergens in dat uitgestrekte gebied.
Hoe dan ook, als je eenmaal een paar zaadobjecten hebt, wordt er verondersteld dat het sneeuwbalproces het overneemt. Zodra een geaggregeerd object een bepaalde massa bereikt, zal de traagheid ervan betekenen dat het minder betrokken raakt bij turbulente stroming. Met andere woorden, het object zal door het turbulente stof gaan bewegen in plaats van mee te bewegen. Onder deze omstandigheden zal het zich gedragen als een sneeuwbal die van een met sneeuw bedekte heuvel naar beneden rolt en een laag stof verzamelt terwijl het door de stofwolk ploegt - terwijl het zijn diameter vergroot.
De tijdspanne die nodig is om zulke sneeuwbolvormige planetesimalen te bouwen vanuit een straal (Rsneeuw) van 100 meter tot 1000 kilometer is lang. De gebruikte modellering suggereert een tijdsperiode (Tsneeuw) tussen 1 en 10 miljoen jaar is vereist.
Het is ook mogelijk om planeetvorming rond dubbelsterren te modelleren. Met behulp van baanparameters die equivalent zijn aan die van het binaire systeem Alpha Centauri A en B, wordt het sneeuwbalproces berekend om meer te werken efficiënt zodat Tsneeuw is waarschijnlijk niet meer dan 1 miljoen jaar.
Zodra er honderd kilometer grote planetesimalen zijn gevormd, zouden ze nog steeds in botsingen komen. Maar bij deze grootte genereren de objecten een substantiële zelfzwaartekracht en zullen botsingen eerder constructief zijn - uiteindelijk resulterend in planeten met hun eigen baanpuin, dat vervolgens ringen en manen vormt.
Er zijn aanwijzingen dat sommige sterren binnen 1 miljoen jaar planeten kunnen vormen (in ieder geval gasreuzen) - zoals GM Aurigae - terwijl ons zonnestelsel misschien meer ontspannen 100 miljoen jaar heeft geduurd vanaf de geboorte van de zon tot de huidige verzameling rotsachtige, gasachtige en ijzige planeten die volledig uit het stof zijn vergroeid.
Er is dus meer dan een sneeuwbalkans in de hel dat deze theorie kan bijdragen aan een beter begrip van planeetvorming.
Verder lezen: Xie et al. From Dust To Planetesimal: The Snowball Phase?
