Gli elementi costitutivi di nuovi pianeti potrebbero formarsi più facilmente di quanto si pensasse in precedenza, secondo i calcoli di un team guidato da un astrofisico del RIKEN.
I pianeti nascono dalle nubi di polvere e gas che ruotano attorno alle giovani stelle. Le particelle di polvere all'interno di questi dischi protoplanetari si fondono gradualmente in grani, che poi si aggregano in planetesimi. Questi planetesimi, che possono essere larghi diversi chilometri, possono potenzialmente diventare le fondamenta di nuovi mondi.
Gli astronomi stanno ancora cercando di capire esattamente come avviene ciascuna di queste fasi. Ad esempio, i planetesimi potrebbero formarsi quando i granelli di polvere si scontrano e si uniscono, un processo noto come coagulazione.
In alternativa, la resistenza avvertita dai granelli di polvere mentre si muovono attraverso il disco protoplanetario potrebbe concentrare la polvere in grumi sciolti, un processo chiamato instabilità del flusso. "Se questi ammassi sono sufficientemente massicci, i planetesimi potrebbero formarsi per collasso autogravitazionale dell'ammasso", spiega Ryosuke Tominaga del RIKEN Star and Planet Formation Laboratory.
Per valutare l’importanza relativa di questi due processi nella formazione dei planetesimi, Tominaga e Hidekazu Tanaka dell’Università Tohoku di Sendai, in Giappone, hanno creato un modello fisico per simulare il comportamento dei granelli di polvere nei dischi protoplanetari. I loro risultati sono pubblicati su The Astrophysical Journal .
Basato su precedenti simulazioni di formazione planetesimale, il loro modello includeva una serie di fattori come la velocità e la viscosità dei granelli di polvere. Se i grani si scontrano troppo rapidamente, ad esempio, potrebbero effettivamente rompersi anziché formare un granello più grande.
"Alcuni studi hanno suggerito che i granelli di polvere non sono così appiccicosi e che la loro crescita potrebbe essere limitata dalla frammentazione nelle regioni di formazione dei pianeti a causa delle elevate velocità di collisione", afferma Tominaga. "Si ritiene che questa sia una barriera che impedisce la crescita della polvere verso i planetesimi."
Il modello di Tominaga e Tanaka ha stimato il tempo necessario affinché i granelli di polvere crescano per coagulazione e lo ha confrontato con la scala temporale dell'aggregazione dovuta all'instabilità del flusso.
Il modello ha mostrato che entrambi i processi avvengono a velocità simili. In effetti, i processi di aggregazione e coagulazione si aiutano a vicenda per procedere rapidamente, agendo come un ciclo di feedback positivo.
"La crescita della polvere migliora l'efficienza dell'aggregazione, mentre un'aggregazione più forte favorisce la crescita della polvere", afferma Tominaga. "Si prevede che questo feedback promuova la formazione planetesimale."
L'effetto è valido sia per i granelli di polvere ghiacciata che per i granelli di silicato, che sono più simili alla sabbia.
Per ora, il modello fornisce una stima molto semplice della crescita della polvere, afferma Tominaga. Spera di effettuare simulazioni numeriche di maggiore precisione per offrire una visione più dettagliata di questi processi di formazione planetesimale.
Ulteriori informazioni: Ryosuke T. Tominaga et al, Crescita rapida della polvere durante l'aggregazione idrodinamica dovuta all'instabilità del flusso, The Astrophysical Journal (2023). DOI:10.3847/1538-4357/ad002e
Fornito da RIKEN
