Una imagen de un disco protoplanetario, realizado utilizando los resultados del nuevo modelo, después de la formación de una trampa de polvo espontánea, visible como un anillo de polvo brillante. El gas se representa en azul y el polvo en rojo. Crédito:Jean-Francois Gonzalez
Se cree que los planetas se forman en los discos de polvo y gas que se encuentran alrededor de las estrellas jóvenes. Pero los astrónomos han luchado por reunir una teoría completa de su origen que explique cómo el polvo inicial se convierte en sistemas planetarios. Un equipo franco-británico-australiano ahora cree que tiene la respuesta, con sus simulaciones que muestran la formación de 'trampas de polvo' donde los fragmentos del tamaño de un guijarro se acumulan y se pegan, para convertirse en los bloques de construcción de los planetas. Publican sus resultados en Avisos mensuales de la Royal Astronomical Society .
Nuestro sistema solar, y otros sistemas planetarios, comenzó su vida con discos de gas y granos de polvo alrededor de una estrella joven. Los procesos que convierten estos diminutos granos, cada una de unas millonésimas de metro (una micra) de ancho, en agregados de unos pocos centímetros de tamaño, y el mecanismo para convertir 'planetesimales' del tamaño de un kilómetro en núcleos planetarios, ambos son bien entendidos.
La etapa intermedia, tomar guijarros y unirlos en objetos del tamaño de asteroides, es menos claro, pero con más de 3, 500 planetas ya encontrados alrededor de otras estrellas, todo el proceso debe ser ubicuo.
Dr. Jean-Francois González, del Centre de Recherche Astrophysique de Lyon, en Francia, dirigió el nuevo trabajo. Él comenta:"Hasta ahora hemos luchado para explicar cómo los guijarros pueden unirse para formar planetas, y, sin embargo, ahora hemos descubierto una gran cantidad de planetas en órbita alrededor de otras estrellas. Eso nos hizo pensar en cómo resolver este misterio ".
Hay dos barreras principales que deben superarse para que los guijarros se conviertan en planetesimales. En primer lugar, el arrastre de gas sobre los granos de polvo en un disco los hace derivar rápidamente hacia la estrella central. donde son destruidos, sin dejar material para formar planetas. El segundo desafío es que los granos en crecimiento pueden romperse en colisiones de alta velocidad, rompiéndolos en una gran cantidad de piezas más pequeñas e invirtiendo el proceso de agregación.
Esta caricatura ilustra las etapas del mecanismo de formación de las trampas de polvo. La estrella central está representada en amarillo, rodeado por el disco protoplanetario, aquí se muestra en azul. Los granos de polvo forman la banda que atraviesa el disco. En la primera etapa, los granos de polvo crecieron en tamaño, y muévete hacia adentro hacia la estrella central. Los granos más grandes, ahora del tamaño de un guijarro (en el segundo panel), se apilan y disminuyen la velocidad, y en la tercera etapa el gas es empujado hacia afuera por la reacción inversa, creando regiones donde el polvo se acumula, las llamadas trampas de polvo. Las trampas luego permiten que los guijarros se agreguen para formar planetesimales, y eventualmente mundos del tamaño de un planeta. Crédito:© Volker Schurbert
Los únicos lugares en los discos de formación de planetas donde se pueden superar estos problemas son las llamadas "trampas de polvo". En estas regiones de alta presión, el movimiento de deriva se ralentiza, permitiendo que se acumulen los granos de polvo. Con su velocidad reducida, los granos también pueden evitar la fragmentación cuando chocan.
Hasta ahora, Los astrónomos pensaron que las trampas de polvo solo podrían existir en entornos muy específicos, pero las simulaciones por computadora realizadas por el equipo indican que son muy comunes. Su modelo presta especial atención a la forma en que el polvo de un disco arrastra el componente de gas. En la mayoría de las simulaciones astronómicas, el gas hace que el polvo se mueva, pero a veces, en los escenarios más polvorientos, el polvo actúa con más fuerza sobre el gas.
Este efecto, conocida como reacción aerodinámica de arrastre, suele ser insignificante, por lo que hasta ahora se ha ignorado en los estudios de cultivo y fragmentación de granos. Pero sus efectos se vuelven importantes en entornos ricos en polvo, como los que se encuentran donde se están formando los planetas.
El efecto de la reacción inversa es ralentizar la deriva hacia el interior de los granos, lo que les da tiempo para crecer en tamaño. Una vez lo suficientemente grande, los granos son sus propios dueños, y el gas ya no puede gobernar su movimiento. El gas, bajo la influencia de esta contrarreacción, se empujará hacia afuera y formará una región de alta presión:la trampa de polvo. Estas trampas espontáneas luego concentran los granos provenientes de las regiones externas del disco, creando un anillo muy denso de sólidos, y ayudando a la formación de planetas.
Esta caricatura ilustra las etapas del mecanismo de formación de las trampas de polvo. La estrella central está representada en amarillo, rodeado por el disco protoplanetario, aquí se muestra en azul. Los granos de polvo forman la banda que atraviesa el disco. En la primera etapa, los granos de polvo crecieron en tamaño, y muévete hacia adentro hacia la estrella central. Los granos más grandes, ahora del tamaño de un guijarro (en el segundo panel), se apilan y disminuyen la velocidad, y en la tercera etapa el gas es empujado hacia afuera por la reacción inversa, creando regiones donde el polvo se acumula, las llamadas trampas de polvo. Las trampas luego permiten que los guijarros se agreguen para formar planetesimales, y eventualmente mundos del tamaño de un planeta. Crédito:(c) Volker Schurbert
González concluye:"Nos emocionó descubrir que, con los ingredientes adecuados en su lugar, las trampas de polvo pueden formarse espontáneamente, en una amplia gama de entornos. Esta es una solución simple y robusta a un problema de larga data en la formación de planetas ".
Observatorios como ALMA en Chile ya ven anillos brillantes y oscuros en la formación de sistemas planetarios que se cree que son trampas de polvo. González y su equipo, y otros grupos de investigación de todo el mundo, ahora planeamos extender el modelo de trampa hasta la formación de planetesimales.
