Os blocos de construção de novos planetas poderão formar-se mais facilmente do que se pensava anteriormente, de acordo com cálculos de uma equipa liderada por um astrofísico da RIKEN.



Os planetas nascem de nuvens de poeira e gás que giram em torno de estrelas jovens. Partículas de poeira dentro desses discos protoplanetários gradualmente se aglutinam em grãos, que então se agregam em planetesimais. Estes planetesimais, que podem ter vários quilómetros de largura, podem potencialmente tornar-se as bases de novos mundos.

Os astrónomos ainda estão a descobrir exatamente como ocorre cada uma destas fases. Por exemplo, os planetesimais podem formar-se quando grãos de poeira colidem e se unem, um processo conhecido como coagulação.

Alternativamente, o arrasto sentido pelos grãos de poeira à medida que se movem através do disco protoplanetário poderia concentrar a poeira em aglomerados soltos, um processo chamado instabilidade de fluxo. “Se estes aglomerados forem suficientemente massivos, os planetesimais poderão formar-se através do colapso autogravitacional do aglomerado,” explica Ryosuke Tominaga do Laboratório de Formação de Estrelas e Planetas RIKEN.

Para avaliar a importância relativa destes dois processos na formação de planetesimais, Tominaga e Hidekazu Tanaka da Universidade Tohoku em Sendai, Japão, criaram um modelo físico para simular o comportamento de grãos de poeira em discos protoplanetários. Suas descobertas foram publicadas no The Astrophysical Journal .

Com base em simulações anteriores da formação de planetesimais, o seu modelo incluiu uma série de fatores como a velocidade e a viscosidade dos grãos de poeira. Se os grãos colidirem muito rapidamente, por exemplo, eles podem quebrar-se em vez de formar um grão maior.

“Alguns estudos sugeriram que os grãos de poeira não são tão pegajosos e que o seu crescimento pode ser limitado pela fragmentação em regiões de formação planetária devido às altas velocidades de colisão”, diz Tominaga. "Acredita-se que esta seja uma barreira que impede o crescimento de poeira em direção aos planetesimais."

O modelo de Tominaga e Tanaka estimou quanto tempo levaria para os grãos de poeira crescerem por coagulação e comparou-o com a escala de tempo de aglomeração por instabilidade de fluxo.

O modelo mostrou que ambos os processos ocorrem em taxas semelhantes. Na verdade, os processos de agregação e coagulação ajudam-se mutuamente a prosseguir rapidamente, agindo como um ciclo de feedback positivo.

“O crescimento de poeira aumenta a eficiência de aglomeração, enquanto uma aglomeração mais forte promove o crescimento de poeira”, diz Tominaga. "Prevê-se que este feedback promova a formação de planetesimais."

O efeito foi verdadeiro tanto para grãos de poeira gelada quanto para grãos de silicato, que são mais parecidos com areia.

Por enquanto, o modelo fornece uma estimativa muito simples do crescimento da poeira, diz Tominaga. Ele espera realizar simulações numéricas de maior precisão para oferecer uma visão mais detalhada desses processos de formação de planetesimais.

Mais informações: Ryosuke T. Tominaga et al, Crescimento rápido de poeira durante aglomeração hidrodinâmica devido à instabilidade de fluxo, The Astrophysical Journal (2023). DOI:10.3847/1538-4357/ad002e
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