Il modello teorico spiega come i granelli di polvere possono crescere nei semi di nuovi pianeti

Un passaggio chiave nella formazione di nuovi pianeti potrebbe essere stato scoperto da un nuovo modello teorico di un disco protoplanetario sviluppato da un astrofisico RIKEN e due collaboratori che spiega come la polvere nel disco supera la tendenza alla deriva verso la stella1.

I pianeti nascono da un vorticoso disco di polvere e gas che circonda una giovane stella, ma non è chiaro come i granelli di polvere possano crescere in oggetti più grandi prima che si spostino a spirale verso la stella.

Nella teoria classica della formazione dei pianeti, minuscole particelle di polvere si scontrano e si uniscono per formare grani di dimensioni centimetriche. Questi grani si accumulano gradualmente fino a formare planetesimi di un chilometro, il primo passo importante nella produzione di un nuovo pianeta.

Ma i granelli di polvere risentono del gas nel disco protoplanetario. Questo rallenta i granelli di polvere, in modo che cadano verso la stella. La velocità con cui cadono aumenta man mano che i granelli di polvere crescono.

Studi precedenti hanno suggerito che questo effetto dovrebbe impedire ai grani di formare oggetti più grandi di un metro, il che rappresenta un grande enigma per gli astronomi. “Sono stati proposti vari meccanismi per spiegare la formazione dei planetesimi, ma sono ancora in discussione”, osserva Ryosuke Tominaga del RIKEN Star and Planet Formation Laboratory.

Tominaga e due colleghi hanno ora proposto un modello che suggerisce una possibile soluzione a questo problema: piccole variazioni nella distribuzione della polvere nel disco protoplanetario vengono rapidamente amplificate in regioni ad alta e bassa densità di polvere.

Nelle aree con densità leggermente più elevate, la polvere si coagula in modo più efficiente e forma grumi più grandi che si spostano più rapidamente verso la stella. Quando questi grumi incontrano particelle di polvere più piccole, formano regioni con densità di polvere ancora più elevata, accelerando la crescita dei grani. Nel frattempo, le regioni lasciate libere da grandi gruppi finiscono con densità relativamente basse.

Il team ha scoperto che questo feedback positivo crea più bande di densità di polvere alta e bassa nel disco protoplanetario. Queste bande possono sorgere nel giro di 10.000 anni circa, un tempo straordinariamente breve per tali processi astronomici. Queste aree ad alta densità sono siti ideali per un’ulteriore aggregazione, consentendo la formazione di planetesimi prima che i granelli di polvere vengano trascinati nella stella.

“A differenza delle teorie precedenti, questo meccanismo di coagulazione funziona anche quando c’è molto più gas che polvere nel disco protoplanetario”, afferma Tominaga.

Il team sta ora lavorando su modelli più dettagliati che includono la formazione e l’evoluzione del disco stesso, insieme all’eventuale formazione di planetesimi.

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