En una investigación teórica que podría explicar todo, desde la formación de planetas hasta las salidas de estrellas, para igualar el asentamiento de cenizas volcánicas, Los investigadores de Caltech han descubierto un nuevo mecanismo para explicar cómo el acto del polvo que se mueve a través del gas genera grumos de polvo. Si bien ya se sabía que las acumulaciones de polvo desempeñaban un papel en la siembra de nuevos planetas y muchos otros sistemas en el espacio y en la Tierra, cómo se formaron los grumos se desconocía hasta ahora.
Phil Hopkins, profesor de astrofísica teórica en Caltech, trabajando con Jonathan (Jono) Squire, un ex becario postdoctoral en Caltech, comenzó a pensar en las perturbaciones del polvo que se mueve a través del gas mientras estudiaba cómo la fuerte radiación de las estrellas y galaxias impulsa los vientos cargados de polvo. Hopkins dice que anteriormente se suponía que el polvo era estable en gas, lo que significa que los granos de polvo viajarían junto con el gas sin que suceda mucho, o se asentarían fuera del gas si las partículas fueran lo suficientemente grandes, como es el caso del hollín de un incendio.
"Lo que Jono y yo descubrimos es que el polvo y el gas que intentan moverse entre sí es inestable y hace que los granos de polvo se junten, "dice Hopkins." Pronto comenzamos a darnos cuenta de que estas inestabilidades de polvo y gas están en juego en cualquier lugar del universo donde una fuerza empuja el polvo a través del gas, si las fuerzas son vientos estelares, gravedad, magnetismo, o un campo eléctrico ". Las simulaciones del equipo muestran material arremolinándose, con grumos de polvo cada vez más grandes.
"De hecho, comenzamos a estudiar los vientos impulsados por el polvo en el espacio, pero a medida que estudiamos el problema, notamos características específicas de las inestabilidades que nos llevaron a pensar que se trataba de un fenómeno más general, "dice Squire, quien, junto con Hopkins, ha escrito cuatro artículos sobre sus nuevos hallazgos, uno aceptado para su publicación en The Astrophysical Journa y tres en el Avisos mensuales de la Royal Astronomical Society . "De aquí, fue una especie de bola de nieve, ya que pudimos estudiar muchos sistemas diferentes:galaxias, estrellas, formación de planetas, el gas cerca de los agujeros negros supermasivos, supernovas, etcétera, y confirmar nuestra intuición. No fue un momento eureka, sino una serie de eurekas que duraron aproximadamente una semana ".
Quizás las implicaciones más notables para las nuevas inestabilidades de Hopkins-Squire son para el estudio de los planetas florecientes. Los planetas toman forma dentro de polvo, discos "protoplanetarios" giratorios de gas y polvo alrededor de estrellas jóvenes. En estos discos, el polvo se fusiona para formar guijarros y cantos rodados cada vez más grandes, luego trozos del tamaño de una montaña, y eventualmente planetas completamente desarrollados.
En algún momento durante este proceso, cuando los trozos de roca son lo suficientemente grandes, aproximadamente 1, 000 kilómetros de diámetro:la gravedad toma el control y alisa las rocas montañosas en un planeta redondo. El gran misterio radica en lo que sucede antes de que la gravedad surta efecto, es decir, ¿Qué está causando las partículas de polvo? guijarros y cantos rodados para unirse? Los investigadores alguna vez pensaron que podrían permanecer juntos de la misma manera que los conejitos de polvo se acumulan debajo de la cama. pero hay problemas con esa teoría.
"Si arrojas dos guijarros juntos, no se pegan. Simplemente rebotan el uno en el otro "dice Hopkins." Para tamaños entre un milímetro y cientos de kilómetros, los granos no se pegan. Este es uno de los mayores problemas al modelar la formación de planetas ".
En el modelo de inestabilidad de Hopkins-Squire, que se basa en modelos anteriores de interacciones polvo-gas, la formación de grumos de polvo planetario comenzaría con pequeños granos de polvo moviéndose a través del gas orbitando en un disco protoplanetario. El gas se enrosca alrededor de un grano como el agua de un río alrededor de una roca; lo mismo sucedería con otro grano de polvo cercano. Estos dos flujos de gas podrían entonces interactuar. Si hay muchos granos de polvo relativamente próximos entre sí, que es el caso de la formación de planetas, el efecto neto de los muchos flujos de gas resultantes sería canalizar el polvo en grupos.
"En nuestra nueva teoría, esta adherencia a través de la aglomeración puede ocurrir para una gama de tamaños de grano mucho más amplia de lo que se pensaba anteriormente, permitiendo que los granos más pequeños participen en el proceso y crezcan rápidamente en tamaño, "dice Squire.
"Comprender los orígenes de nuestro sistema solar se encuentra entre los problemas más importantes de todas las ciencias naturales, y el descubrimiento de la inestabilidad Hopkins-Squire es un paso significativo hacia la consecución de ese entendimiento. Este es un desarrollo emocionante, "dice Konstantin Batygin de Caltech, profesor asistente de ciencia planetaria y académico Van Nuys Page, que no participó en el estudio.
El equipo de investigación dice que estas inestabilidades también pueden ser importantes en situaciones completamente diferentes aquí en la Tierra. Por ejemplo, Las cenizas volcánicas o las gotas de lluvia interactúan con nuestra atmósfera exactamente de la misma manera que el polvo astrofísico interactúa con el gas circundante.
"Es muy interesante explorar cómo estas inestabilidades podrían operar en todos estos escenarios diferentes, ", dice Squire." Esperamos comprender inestabilidades completamente diferentes en otras áreas de la física y las matemáticas aplicadas, y Ojalá, a encontrar otros sistemas completamente nuevos e interesantes donde esto ocurra ".
