18 december 2017

Planeten ontstaan vanuit een spontane “stofval”

Een protoplanetaire schijf nadat zich spontaan een stofval heeft gevormd. Gas is blauw en stof is rood.

Planeten worden geboren vanuit wervelende schijven van stof en gas rondom pasgeboren sterren. Helaas hebben astronomen veel moeite om te verklaren hoe stofdeeltjes zich uiteindelijk ontwikkelen tot volwaardige planeten. Nu heeft een internationaal team van wetenschappers een oplossing gevonden aan de hand van een groot aantal computersimulaties. Het blijkt namelijk dat binnen een zogenaamde “stofval” de kleine rotsdeeltjes de kans krijgen om samen te klitten tot de bouwstenen van planeten.

De planeten in ons zonnestelsel én in andere planetenstelsels beginnen hun leven als stofdeeltjes rondom een jonge ster. Hoe deze stofdeeltjes samenklitten tot kleine steentjes van een paar centimeter in doorsnede wordt goed begrepen. Het mechanisme waarbij planetaire bouwstenen van kilometers in doorsnede uiteindelijk een complete planeet vormen, wordt eveneens goed begrepen.

Het probleem zit ‘m in de tussenstap: het samenvoegen van kleine steentjes tot gigantische rotsblokken wordt helemaal niet begrepen! Toch zou dit proces heel algemeen moeten zijn, aangezien we inmiddels ruim 3500 planeten buiten het zonnestelsel hebben gevonden.

De crux zit ‘m in het feit dat een stofdeeltje, als gevolg van wrijving met het gas in de schijf, richting de moederster zal vallen. Hierbij zal het stof vernietigd worden en wordt de productie van planeten onmogelijk gemaakt. Daarnaast zullen de groeiende stofkorrels vaak met hoge snelheid op elkaar knallen, waarbij het hele proces van samenklitten weer teniet wordt gedaan.

De enige locatie binnen een planeetvormende schijf waarin deze problemen niet van toepassing zijn, is de zogenaamde stofval. In deze gebieden heeft het stof een bijzonder hoge dichtheid en wordt mede hierdoor afgeremd. Dit maakt het samenklitten tot grotere deeltjes veel gemakkelijker en maakt bovendien de kans op fragmentatie door botsingen veel kleiner.

Voorheen dachten astronomen dat stofvallen alleen onder zeer specifieke omstandigheden konden ontstaan, maar computersimulaties laten een heel ander beeld zien. Volgens de onderzoekers zouden stofvallen heel algemeen moeten zijn en een belangrijke factor vormen in de productie van de meeste, zo niet alle, planeten. Maar hoe werkt zo’n stofval eigenlijk?

Kijk, meestal zullen de stofdeeltjes in beweging gebracht worden door gasdeeltjes. Maar in meer stoffige gebieden zal het omgekeerde gebeuren. De stofdeeltjes “trekken” juist de gasdeeltjes mee! Dit effect wordt met een moeilijk woord “aerodynamic drag back-reaction” genoemd en zorg ervoor dat de inwaartse “migratie” van de stofdeeltjes flink wordt afgeremd. Dit stelt de stofdeeltjes in staat om flink in omvang te groeien.

Uiteindelijk zullen de deeltjes groot genoeg zijn om niet langer beïnvloed te worden door het gas. Als gevolg van deze “back-reaction” zal het gas naar buiten geduwd worden en vervolgens een gebied van hoge dichtheid vormen: de stofval. Deze zal dan spontaan stofdeeltjes gaan “vangen” die afkomstig zijn vanuit de buitendelen van de schijf. Het gevolg is dan een dichte “ring” vol vaste deeltjes, die het proces van planeetvorming een flinke steun in de rug geven.

Bron: Royal Astronomical Society

Reacties

  1. Er zouden zomaar eens bewoonde planeten kunnen ontstaan in mijn huis met al die spinnen. Ik moet nodig eens gaan stofzuigen 🙂

Laat wat van je horen

*