Partículas de polvo a escala micrométrica de discos protoplanetarios o sitios alrededor de estrellas con partículas e hidrógeno y/u otros gases se combinan para formar planetesimales, o bloques de construcción de planetas a escala de kilómetros. Los planetesimales, por otro lado, se unen debido a la gravedad mutua. Fuente: JAMSTEC
Los agregados de polvo de micropartículas, que se cree que desempeñan un papel en la formación de nuevos planetas, tienen menos probabilidades de adherirse después de una colisión cuando los agregados son más grandes.
La evidencia actual sugiere que las micropartículas de polvo cósmico chocan y se unen para formar grupos de polvo más grandes que eventualmente pueden fusionarse y formar planetas. Por lo tanto, los modelos numéricos que caracterizan con precisión las condiciones requeridas para que los agregados de micropartículas en colisión se mantengan unidos en lugar de rebotar entre sí son fundamentales para comprender la evolución planetaria. Los modelos recientes sugieren que es menos probable que los agregados de polvo se peguen después de una colisión a medida que aumenta el tamaño de los agregados.
Un equipo de astrofísicos realizó simulaciones numéricas de colisiones de agregados de polvo con agregados de masa uniforme de 10 000 a 140 000 micrones utilizando métodos de elementos discretos con esferas blandas. El sistema de modelado discreto consideró cada partícula en el agregado en lugar de tratar el agregado como una sola entidad, y la simulación de bola blanda asumió la rigidez de cada partícula en el agregado pero tuvo en cuenta las deformaciones que podrían ocurrir durante una colisión.
Su modelado mostró que aumentar el radio de los agregados de polvo de micropartículas disminuyó la probabilidad de que se peguen, es decir, la probabilidad de que dos agregados se peguen y formen un agregado más grande después de una colisión. El equipo publicó su investigación en una revista. Cartas de una revista de astrofísica.
“El proceso de formación de cuerpos del tamaño de un kilómetro, o planetesimales, a partir del polvo cósmico, que es la etapa inicial de la formación de planetas, ha sido uno de los mayores problemas en la teoría de la formación de planetas”, dijo Hidekazu Tanaka, uno de los autores del estudio y profesor del Instituto Astronómico de la Escuela de Graduados en Ciencias de la Universidad de Tohoku en Sendai, Japón.
“El estudio actual ha demostrado que los cúmulos de polvo que forman los planetas dejan de crecer cuando alcanzan cierto tamaño, porque los cúmulos grandes son difíciles de unir. Nuestros resultados han complicado aún más el problema de la formación de planetesimales. El crecimiento adhesivo de las acumulaciones de polvo es un proceso clave en la formación de planetas”.
Las simulaciones sugieren que el rebote por colisión de grandes agregados de micropartículas reduciría la formación de planetesimales, los componentes básicos de los planetas. Los planetesimales de escala kilométrica forman planetas al chocar fusionándose a través de la gravedad de cada uno.
Las simulaciones de modelos anteriores y los experimentos de laboratorio que caracterizaron el umbral de adherencia/rebote de la barrera de las colisiones de agregados de polvo a menudo dieron resultados contradictorios, que el equipo de investigación y otros creían que se debía a los diferentes tamaños de los agregados. Los resultados del estudio actual apoyan esta hipótesis.
Actualmente no está claro por qué el tamaño de los agregados afecta la probabilidad de que se mantengan unidos en un choque. Los estudios futuros para analizar la estructura de empaquetamiento de los agregados a lo largo del tiempo pueden ayudar a los científicos a comprender cómo los agregados pueden acercarse a la escala de los planetesimales. Estudiar los puntos de contacto entre los agregados, donde la mayor parte de la energía se disipa después de una colisión, también puede revelar cómo los agregados más grandes eventualmente se unen.
Además, las simulaciones del equipo de investigación sugieren que la probabilidad de que los agregados de partículas se peguen también puede verse afectada por el tamaño de las partículas individuales que forman el agregado, no solo por el radio de todo el agregado.
El equipo admite que las simulaciones realizadas en este estudio están lejos de ser completas. Se llevarán a cabo simulaciones con agregados que se pueden preparar mediante procedimientos realistas y que se ocupan de la aceleración, y se planean experimentos de laboratorio para refinar el modelo.
Además de estas simulaciones, el equipo se está enfocando en cúmulos más grandes que podrían cambiar fundamentalmente las teorías actuales sobre el desarrollo planetario. “Usaremos una supercomputadora para ejecutar simulaciones numéricas a gran escala de colisiones entre grupos de polvo aún más grandes para estudiar cuán difícil es que los grupos de polvo grandes se adhieran entre sí. Esto ayudará a resolver la cuestión de si la formación de planetesimales es posible a través de la adhesión de grupos de polvo o no”, dijo Tanaka.
Proporcionado por la Universidad de Tohoku