Θέλετε να φτιάξετε ουράνια αντικείμενα; Εννοώ ότι ακούγεται εύκολο – απλά ξεκινάς με ένα μεγάλο σύννεφο σκόνης και του δίνεις μια ώθηση έτσι ώστε να αρχίσει να περιστρέφεται και να συσσωρεύεται και καταλήγεις με ένα αστέρι με μερικά κομμάτια σκόνης που έχουν μείνει σε τροχιά που συνεχίζουν να συσσωρεύονται για να σχηματιστούν πλανήτες.
Το πρόβλημα είναι ότι αυτή η διαδικασία δεν φαίνεται να είναι φυσικά δυνατή - ή τουλάχιστον τίποτα παρόμοιο δεν μπορεί να αναπαραχθεί σε τυπικά θεωρητικά μοντέλα και εργαστηριακές προσομοιώσεις. Υπάρχει πρόβλημα με τα αρχικά βήματα προσαύξησης μικρής κλίμακας.
Τα σωματίδια σκόνης φαίνεται να κολλάνε εύκολα μεταξύ τους όταν είναι πολύ μικρά – μέσω του van der Waals και των ηλεκτροστατικών δυνάμεων – συσσωρεύονται σταθερά για να σχηματίσουν συσσωματώματα μεγέθους χιλιοστών και ακόμη και εκατοστών. Αλλά μόλις φτάσουν σε αυτό το μέγεθος, αυτές οι κολλώδεις δυνάμεις γίνονται λιγότερο επιρροές – και τα αντικείμενα εξακολουθούν να είναι πολύ μικρά για να δημιουργήσουν μια σημαντική ποσότητα βαρυτικής έλξης. Η αλληλεπίδραση που έχουν είναι περισσότερο στη φύση των αναπηδήσεων συγκρούσεων – οι οποίες τις περισσότερες φορές έχουν ως αποτέλεσμα την αποκόλληση κομματιών από τα αντικείμενα που αναπηδούν, έτσι ώστε να αρχίσουν να γίνονται και πάλι μικρότερα.
Αυτό είναι ένα πρόβλημα αστροφυσικής γνωστό ως φράγμα του μετρητή.
Αλλά όλο και περισσότερο, οι θεωρητικοί βρίσκουν τρόπους να ξεπεράσουν το φράγμα του μετρητή. Πρώτον, μπορεί να είναι λάθος να υποθέσουμε ότι ξεκινάτε με ένα ομοιόμορφο σύννεφο σκόνης, στο οποίο η αυθόρμητη συσσώρευση συμβαίνει παντού σε όλο το σύννεφο.
Η τρέχουσα σκέψη είναι ότι μπορεί να χρειαστεί ένας κοντινός σουπερνόβα ή ένα αστέρι που μεταναστεύει στενά για να πυροδοτήσει την εξέλιξη ενός νέφους σκόνης σε ένα αστρικό φυτώριο. Είναι πιθανό ότι οι αναταράξεις σε ένα σύννεφο σκόνης δημιουργούν δίνες και δίνες που ευνοούν την τοπική συσσώρευση μικρών σωματιδίων σε μεγαλύτερα σωματίδια. Έτσι, αντί να πηγαίνουμε από ένα ομοιόμορφο σύννεφο σκόνης σε μια ομοιόμορφη συλλογή πολύ μικρών βράχων – υπάρχει απλώς ένας τυχαίος σχηματισμός συσσωρευμένων αντικειμένων εδώ κι εκεί.
Ή μπορούμε απλώς να υποθέσουμε ένα συγκεκριμένο στοχαστικό αναπόφευκτο για οτιδήποτε έχει την μικρότερη πιθανότητα να συμβεί – τελικά να συμβεί. Κατά τη διάρκεια πολλών εκατομμυρίων ετών, μέσα σε ένα τεράστιο σύννεφο σκόνης που μπορεί να έχει διάμετρο πολλών εκατοντάδων αστρονομικών μονάδων, καθίσταται δυνατή μια τεράστια ποικιλία αλληλεπιδράσεων – και ακόμη και με πιθανότητα 99,99% ότι κανένα αντικείμενο δεν μπορεί ποτέ να συγκεντρωθεί σε μέγεθος μεγαλύτερο από ένα μέτρο, είναι εξακολουθεί να είναι πολύ πιθανό ότι αυτό θα συμβείκάπουσε εκείνη την απέραντη περιοχή.
Είτε έτσι είτε αλλιώς, όταν έχετε μερικά αντικείμενα σπόρων, υποτίθεται ότι η διαδικασία χιονοστιβάδας αναλαμβάνει. Μόλις ένα συσσωματωμένο αντικείμενο πετύχει μια ορισμένη μάζα, η αδράνειά του θα σημαίνει ότι θα εμπλέκεται λιγότερο σε τυρβώδη ροή. Με άλλα λόγια, το αντικείμενο θα αρχίσει να κινείται μέσα, αντί να κινείται μαζί με την τυρβώδη σκόνη. Κάτω από αυτές τις συνθήκες, θα συμπεριφέρεται σαν μια χιονόμπαλα που κυλάει κάτω από έναν χιονισμένο λόφο, συλλέγοντας ένα κάλυμμα σκόνης καθώς οργώνει το σύννεφο σκόνης – αυξάνοντας τη διάμετρό του καθώς πηγαίνει.
Η εντύπωση ενός καλλιτέχνη για το HD 98800. Η διαδικασία της χιονόμπαλας λειτουργεί ακόμα πιο γρήγορα σε πρωτοπλανητικούς δίσκους γύρω από δυαδικά αστέρια (τουλάχιστον σε χαρτί). Λοιπόν, ο Tatooine πρέπει να έχει σχηματιστεί κάπως... Credit: JPL, NASA.
Το χρονικό διάστημα που απαιτείται για την κατασκευή τέτοιων πλανητοειδών με χιονόμπαλες από μια ακτίνα (Rχιόνι) από 100 μέτρα έως 1000 χιλιόμετρα έχει μήκος. Η μοντελοποίηση που χρησιμοποιήθηκε προτείνει ένα χρονικό διάστημα (Τχιόνι) απαιτούνται μεταξύ 1 και 10 εκατομμυρίων ετών.
Είναι επίσης δυνατό να μοντελοποιήσουμε σχηματισμό πλανητών γύρω από δυαδικά αστέρια. Χρησιμοποιώντας τροχιακές παραμέτρους ισοδύναμες με αυτές του δυαδικού συστήματος Alpha Centauri A και B, η διαδικασία χιονόμπαλας υπολογίζεται ότι λειτουργεί περισσότεροαποτελεσματικάώστε ο Τχιόνιείναι πιθανώς όχι περισσότερο από 1 εκατομμύριο χρόνια.
Μόλις σχηματιστούν πλανητιώδες μεγέθους εκατό χιλιομέτρων, θα εξακολουθούσαν να συμμετέχουν σε συγκρούσεις. Αλλά σε αυτό το μέγεθος, τα αντικείμενα παράγουν σημαντική αυτοβαρύτητα και οι συγκρούσεις είναι πιο πιθανό να είναι εποικοδομητικές – με αποτέλεσμα τελικά πλανήτες με τα δικά τους συντρίμμια σε τροχιά, τα οποία στη συνέχεια σχηματίζουν δακτυλίους και φεγγάρια.
Υπάρχουν ενδείξεις ότι ορισμένα αστέρια μπορούν να σχηματίσουν πλανήτες (τουλάχιστον αέριοι γίγαντες) μέσα σε 1 εκατομμύριο χρόνια – όπως π.χ GM Aurigae – ενώ το ηλιακό μας σύστημα μπορεί να χρειάστηκε 100 εκατομμύρια χρόνια από τη γέννηση του Ήλιου μέχρι την τρέχουσα συλλογή βραχωδών, αέριων και παγωμένων πλανητών που συσσωρεύονται πλήρως από τη σκόνη.
Έτσι, υπάρχει κάτι περισσότερο από μια χιονόμπαλα στην κόλαση ότι αυτή η θεωρία μπορεί να συμβάλει στην καλύτερη κατανόηση του σχηματισμού πλανητών.
Περαιτέρω ανάγνωση:Xie et al. Από τη σκόνη στο Planetesimal: Η φάση της χιονοστιβάδας;