Volgens berekeningen van een team onder leiding van een astrofysicus van RIKEN zouden de bouwstenen van nieuwe planeten gemakkelijker kunnen worden gevormd dan eerder werd gedacht.

Planeten worden geboren uit de wolken van stof en gas die rond jonge sterren wervelen. Stofdeeltjes binnen deze protoplanetaire schijven smelten geleidelijk samen tot korrels, die zich vervolgens samenvoegen tot planetesimalen. Deze planetesimalen, die enkele kilometers breed kunnen zijn, kunnen potentieel de fundamenten worden van nieuwe werelden.

Astronomen zijn nog steeds aan het uitzoeken hoe elk van deze fasen precies plaatsvindt. Planetesimalen kunnen zich bijvoorbeeld vormen wanneer stofkorrels botsen en aan elkaar plakken, een proces dat bekend staat als coagulatie.

Als alternatief kan de weerstand die stofdeeltjes voelen terwijl ze door de protoplanetaire schijf bewegen, het stof in losse klonten concentreren, een proces dat stromingsinstabiliteit wordt genoemd. ‘Als deze klonten groot genoeg zijn, kunnen planetesimalen ontstaan ​​door de ineenstorting van de klonten door eigen zwaartekracht’, legt Ryosuke Tominaga van het RIKEN Star and Planet Formation Laboratory uit.

Om het relatieve belang van deze twee processen bij de vorming van planetesimalen te beoordelen, creëerden Tominaga en Hidekazu Tanaka van de Tohoku Universiteit in Sendai, Japan, een fysiek model om het gedrag van stofkorrels in protoplanetaire schijven te simuleren. Hun bevindingen worden gepubliceerd in The Astrophysical Journal .

Gebaseerd op eerdere simulaties van planetesimale vorming, omvatte hun model een reeks factoren, zoals de snelheid en plakkerigheid van de stofkorrels. Als korrels bijvoorbeeld te snel botsen, kunnen ze uit elkaar vallen in plaats van een grotere korrel te vormen.

‘Sommige onderzoeken hebben gesuggereerd dat stofkorrels niet zo plakkerig zijn en dat hun groei mogelijk wordt beperkt door fragmentatie in planeetvormende gebieden als gevolg van hoge botsingssnelheden’, zegt Tominaga. "Er wordt gedacht dat dit een barrière is die de groei van stof richting planetesimalen verhindert."

Het model van Tominaga en Tanaka schatte hoe lang het zou duren voordat stofkorrels zouden groeien door coagulatie, en vergeleek dit met de tijdschaal van klontering door instabiliteit van de stroming.

Het model toonde aan dat beide processen met vergelijkbare snelheden plaatsvinden. De klonterings- en coagulatieprocessen helpen elkaar om snel verder te gaan en fungeren als een positieve feedbacklus.

"Stofgroei verbetert de klonteringsefficiëntie, terwijl sterkere klontering de stofgroei bevordert", zegt Tominaga. "Er wordt voorspeld dat deze feedback de vorming van planetesimalen bevordert."

Het effect gold voor zowel ijzige stofkorrels als silicaatkorrels, die meer op zand lijken.

Voorlopig geeft het model een heel eenvoudige schatting van de stofgroei, zegt Tominaga. Hij hoopt numerieke simulaties met hogere nauwkeurigheid uit te voeren om een ​​gedetailleerder beeld te geven van deze planetesimale vormingsprocessen.

Meer informatie: Ryosuke T. Tominaga et al, Snelle stofgroei tijdens hydrodynamische klontering als gevolg van streaming-instabiliteit, The Astrophysical Journal (2023). DOI:10.3847/1538-4357/ad002e

Aangeboden door RIKEN