Armadilhas de poeira espontâneas:os astrônomos descobrem um elo perdido na formação do planeta
p Uma imagem de um disco protoplanetário, feito usando os resultados do novo modelo, após a formação de uma armadilha de poeira espontânea, visível como um anel de poeira brilhante. O gás é representado em azul e o pó em vermelho. Crédito:Jean-François Gonzalez
p Pensa-se que os planetas se formam nos discos de poeira e gás encontrados em torno de estrelas jovens. Mas os astrônomos têm se esforçado para montar uma teoria completa de sua origem que explique como a poeira inicial se desenvolve em sistemas planetários. Uma equipe franco-britânica-australiana agora acha que tem a resposta, com suas simulações mostrando a formação de 'armadilhas de poeira' onde fragmentos do tamanho de pedrinhas se juntam e se juntam, crescer em blocos de construção de planetas. Eles publicam seus resultados em
Avisos mensais da Royal Astronomical Society . p Nosso sistema solar, e outros sistemas planetários, começou a vida com discos de gás e grãos de poeira ao redor de uma jovem estrela. Os processos que convertem esses pequenos grãos, cada um com alguns milionésimos de metro (um mícron) de diâmetro, em agregados de alguns centímetros de tamanho, e o mecanismo para transformar 'planetesimais' em núcleos planetários, são bem compreendidos.
p O estágio intermediário, pegando seixos e juntando-os em objetos do tamanho de asteróides, é menos claro, mas com mais de 3, 500 planetas já encontrados em torno de outras estrelas, todo o processo deve ser onipresente.
p Dr. Jean-François Gonzalez, do Centre de Recherche Astrophysique de Lyon, na França, liderou o novo trabalho. Ele comenta:"Até agora, temos nos esforçado para explicar como as pedras podem se unir para formar planetas, e, no entanto, agora descobrimos um grande número de planetas em órbita ao redor de outras estrelas. Isso nos fez pensar em como resolver esse mistério. "
p Existem duas barreiras principais que precisam ser superadas para que os seixos se tornem planetesimais. Em primeiro lugar, o arrasto de gás nos grãos de poeira em um disco os faz deslizar rapidamente em direção à estrela central, onde eles são destruídos, não deixando nenhum material para formar planetas. O segundo desafio é que os grãos em crescimento podem ser quebrados em colisões de alta velocidade, quebrando-os em um grande número de pedaços menores e revertendo o processo de agregação.
p Este desenho ilustra os estágios do mecanismo de formação de coletores de poeira. A estrela central é representada como amarela, rodeado pelo disco protoplanetário, aqui mostrado em azul. Os grãos de poeira formam a faixa que atravessa o disco. Na primeira fase, os grãos de poeira cresceram em tamanho, e mova-se para dentro em direção à estrela central. Os grãos maiores, agora do tamanho de uma pedra (no segundo painel), se acumulam e desaceleram, e no terceiro estágio o gás é empurrado para fora pela reação de retorno, criando regiões onde a poeira se acumula, as chamadas armadilhas de poeira. As armadilhas permitem que as pedras se agregem para formar planetesimais, e eventualmente mundos do tamanho de planetas. Crédito:© Volker Schurbert
p Os únicos locais no planeta formando discos onde esses problemas podem ser superados são os chamados 'coletores de poeira'. Nessas regiões de alta pressão, o movimento de deriva diminui, permitindo que os grãos de poeira se acumulem. Com sua velocidade reduzida, os grãos também podem evitar a fragmentação quando colidem.
p Até agora, astrônomos pensaram que armadilhas de poeira só poderiam existir em ambientes muito específicos, mas as simulações de computador feitas pela equipe indicam que são muito comuns. Seu modelo presta atenção especial à maneira como a poeira em um disco se arrasta para o componente de gás. Na maioria das simulações astronômicas, gás faz com que a poeira se mova, mas às vezes, nas configurações mais empoeiradas, a poeira atua mais fortemente sobre o gás.
p Este efeito, conhecido como reação aerodinâmica de arrasto, geralmente é insignificante, então, até agora, tem sido ignorado em estudos de cultivo e fragmentação de grãos. Mas seus efeitos se tornam importantes em ambientes ricos em poeira, como aqueles encontrados onde os planetas estão se formando.
p O efeito da reação reversa é diminuir o fluxo interno dos grãos, o que lhes dá tempo para crescer em tamanho. Uma vez grande o suficiente, os grãos são seus próprios mestres, e o gás não pode mais governar seu movimento. O gás, sob a influência desta reação reversa, será empurrado para fora e formará uma região de alta pressão:o coletor de poeira. Essas armadilhas espontâneas, então, concentram os grãos vindos das regiões externas do disco, criando um anel muito denso de sólidos, e ajudando na formação dos planetas.
p Este desenho ilustra os estágios do mecanismo de formação de coletores de poeira. A estrela central é representada como amarela, rodeado pelo disco protoplanetário, aqui mostrado em azul. Os grãos de poeira formam a faixa que atravessa o disco. Na primeira fase, os grãos de poeira cresceram em tamanho, e mova-se para dentro em direção à estrela central. Os grãos maiores, agora do tamanho de uma pedra (no segundo painel), se acumulam e desaceleram, e no terceiro estágio o gás é empurrado para fora pela reação de retorno, criando regiões onde a poeira se acumula, as chamadas armadilhas de poeira. As armadilhas permitem que as pedras se agregem para formar planetesimais, e eventualmente mundos do tamanho de planetas. Crédito:(c) Volker Schurbert
p Gonzalez conclui:"Ficamos emocionados ao descobrir que, com os ingredientes certos no lugar, armadilhas de poeira podem se formar espontaneamente, em uma ampla variedade de ambientes. Esta é uma solução simples e robusta para um problema de longa data na formação de planetas. "
p Observatórios como o ALMA no Chile já veem anéis brilhantes e escuros em sistemas planetários em formação que são considerados armadilhas de poeira. Gonzalez e sua equipe, e outros grupos de pesquisa em todo o mundo, agora planeje estender o modelo de armadilha até a formação de planetesimais.
