Men denkt dat planeten zich vormen in de schijven van stof en gas die rond jonge sterren worden gevonden. Maar astronomen hebben geworsteld om een ​​complete theorie van hun oorsprong samen te stellen die verklaart hoe het aanvankelijke stof zich ontwikkelt tot planetaire systemen. Een Frans-VK-Australisch team denkt nu het antwoord te hebben, met hun simulaties die de vorming van 'stofvallen' laten zien waar fragmenten ter grootte van kiezelstenen zich verzamelen en aan elkaar plakken, om uit te groeien tot de bouwstenen van planeten. Ze publiceren hun resultaten in Maandelijkse mededelingen van de Royal Astronomical Society .

Ons zonnestelsel, en andere planetenstelsels, begon zijn leven met schijven van gas en stofkorrels rond een jonge ster. De processen die deze kleine korrels omzetten, elk een paar miljoenste van een meter (een micron) breed, in aggregaten van enkele centimeters groot, en het mechanisme om kilometerslange 'planetesimals' tot planetaire kernen te maken, beide goed begrepen.

De tussenfase, kiezelstenen nemen en ze samenvoegen tot objecten ter grootte van asteroïden, is minder duidelijk, maar met meer dan 3, 500 planeten al gevonden rond andere sterren, het hele proces moet alomtegenwoordig zijn.

Dr Jean-François Gonzalez, van het Centre de Recherche Astrophysique de Lyon, In Frankrijk, leidde het nieuwe werk. Hij merkt op:"Tot nu toe hebben we geworsteld om uit te leggen hoe kiezelstenen samen kunnen komen om planeten te vormen, en toch hebben we nu enorme aantallen planeten ontdekt in een baan rond andere sterren. Dat zette ons aan het denken over hoe we dit mysterie konden oplossen."

Er zijn twee belangrijke barrières die overwonnen moeten worden voordat kiezelstenen planetesimalen worden. Ten eerste zorgt de weerstand van gas op stofkorrels in een schijf ervoor dat ze snel naar de centrale ster drijven, waar ze worden vernietigd, geen materiaal achterlatend om planeten te vormen. De tweede uitdaging is dat groeiende granen kunnen worden gebroken bij botsingen met hoge snelheid, door ze in een groot aantal kleinere stukken te breken en het aggregatieproces om te keren.

De enige locaties in planeetvormende schijven waar deze problemen kunnen worden overwonnen, zijn zogenaamde 'stofvallen'. In deze hogedrukgebieden de driftbeweging vertraagt, waardoor stofkorrels zich kunnen ophopen. Met hun verminderde snelheid, de korrels kunnen ook fragmentatie voorkomen wanneer ze botsen.

Tot nu, astronomen dachten dat stofvangers alleen in zeer specifieke omgevingen konden bestaan, maar de computersimulaties van het team geven aan dat ze heel gewoon zijn. Hun model besteedt bijzondere aandacht aan de manier waarop het stof in een schijf aan de gascomponent trekt. In de meeste astronomische simulaties, gas zorgt ervoor dat het stof beweegt, maar soms, in de meest stoffige omgevingen, het stof werkt sterker op het gas in.

Dit effect, bekend als aerodynamische weerstandsreactie, is meestal verwaarloosbaar, dus tot nu toe is het genegeerd in studies van groeiende en fragmenterende granen. Maar de effecten ervan worden belangrijk in stofrijke omgevingen, zoals die gevonden worden waar planeten worden gevormd.

Het effect van de terugreactie is om het naar binnen drijven van de korrels te vertragen, waardoor ze de tijd krijgen om in omvang te groeien. Eenmaal groot genoeg, de granen zijn hun eigen meesters, en het gas kan hun beweging niet langer beheersen. Het gas, onder invloed van deze terugreactie, naar buiten geduwd en een hogedrukgebied vormen:de stofvanger. Deze spontane vallen concentreren dan de korrels die uit de buitenste schijfgebieden komen, het creëren van een zeer dichte ring van vaste stoffen, en een helpende hand bieden aan de vorming van planeten.

Gonzalez besluit:"We waren verheugd om te ontdekken dat, met de juiste ingrediënten op hun plaats, stofvangers kunnen spontaan ontstaan, in een breed scala van omgevingen. Dit is een eenvoudige en robuuste oplossing voor een al lang bestaand probleem bij de vorming van planeten."

Observatoria zoals ALMA in Chili zien al heldere en donkere ringen in planetaire systemen die worden beschouwd als stofvangers. Gonzalez en zijn team, en andere onderzoeksgroepen over de hele wereld, zijn nu van plan om het valmodel uit te breiden tot de vorming van planetesimalen.