Si ritiene che tutti i pianeti rocciosi come la Terra siano iniziati come polvere che circonda le stelle appena nate, e indizi sull'origine di tale polvere ci arrivano nelle meteoriti e nelle comete di oggi, nonché osservazioni di dischi circumstellari attorno a giovani stelle.
Ma il mistero ha avvolto i dettagli dell'evoluzione della polvere e come alla fine si arriva a formare oggetti più grandi. Ora, due articoli nel diario Natura stanno proponendo un nuovo meccanismo per spiegarlo.
Il nuovo meccanismo si basa su granelli di polvere cristallina sotto shock termico, che in qualche modo sono migrati da dove sono stati creati - presumibilmente vicino al Sole - al Sistema solare esterno. Di conseguenza, lo stesso processo dovrebbe avvenire attorno ad altre giovani stelle.
Un trio di ipotesi passate era stato proposto per spiegare la migrazione, ma nessuna di queste era del tutto adeguata. Tra questi, secondo il fisico Dejan Vinkovic dell'Università di Spalato in Croazia, la miscelazione turbolenta, il lancio balistico di particelle in un vento denso creato dall'interazione del disco di accrescimento con il campo magnetico della giovane stella (chiamato modello X-wind), e miscelazione mediata da bracci a spirale transitori in dischi marginalmente instabili per gravità. Vinkovic è autore principale di uno dei Natura carte.
"La miscelazione turbolenta richiede una fonte di viscosità turbolenta efficiente e l'instabilità magnetorotazionale viene invocata come il candidato più promettente, ma grandi tratti del disco sono considerati non sufficientemente ionizzati per mantenere attiva questa instabilità", ha scritto. "Il modello del vento X si basa sulla nozione teorica di configurazioni del campo magnetico nelle immediate vicinanze di stelle pre-main-sequenza e grandi speranze vengono riposte su osservazioni future per risolvere questa situazione."
E infine, "Il modello di bracci a spirale è nel campo delle discussioni sul fatto che i valori numerici, le approssimazioni fisiche e le ipotesi sottostanti sulle condizioni iniziali siano abbastanza realistici da rendere plausibili i risultati".
Nell'altro articolo, Peter Abraham dell'Accademia delle scienze ungherese e i suoi colleghi trovano la firma della polvere cristallina dopo che una giovane stella si è accesa, mentre i dati d'archivio non ne hanno mostrato alcun segno prima del bagliore.
Il documento di Vinkovic indaga la miscelazione di grandi particelle di polvere cristallina nella nebulosa protoplanetaria attorno al giovane Sole.
La forza prodotta dalla luce che brilla su un oggetto è un fenomeno ben noto chiamato pressione di radiazione. Non lo sentiamo nella vita quotidiana perché siamo troppo massicci perché questo effetto sia evidente. Per particelle molto piccole, d'altra parte, questa forza può essere maggiore anche della gravità che mantiene le particelle nell'orbita attorno alla stella. Finora le indagini si sono concentrate solo sulla pressione delle radiazioni dovuta alla luce delle stelle. I risultati hanno mostrato che i singoli grani non viaggerebbero lontano e sarebbero spinti più in profondità nel disco.
Vinkovic riferisce che le radiazioni infrarosse provenienti dal disco polveroso possono sollevare grani più grandi di un micrometro dal disco interno, dove vengono spinti verso l'esterno dalla pressione delle radiazioni stellari mentre scivolano sopra il disco. I cereali rientrano nel disco a raggi in cui è troppo freddo per produrre un sufficiente supporto della pressione di radiazione infrarossa per una determinata dimensione di grano e densità solida.
Tuttavia, Vinkovic sottolinea che non è solo la stella, ma anche il disco che brilla. Studiando effetti su granuli di polvere protoplanetaria più grandi di un micrometro, che è paragonabile alla dimensione delle particelle del fumo di sigaretta, Vinkovic ha scoperto che l'intensa luce infrarossa proveniente dalle regioni più calde del disco protoplanetario è in grado di spingere tale polvere fuori dal disco. Le radiazioni infrarosse sono ciò che possiamo sentire come "calore" sulla nostra pelle. La combinazione della pressione di radiazione dalla stella e dal disco crea una forza netta che consente ai granelli di polvere di navigare lungo la superficie del disco dalle regioni interne ed esterne del disco.
Le temperature in questa regione calda raggiungono circa 1500 gradi Kelvin (2200 gradi Fahrenheit), abbastanza per vaporizzare particelle di polvere solida o alterarne la struttura fisica e chimica. Il meccanismo descritto da Vinkovic nel suo documento trasferirà tali particelle di polvere alterate in regioni del disco più fredde lontano dalla stella. Questo può spiegare perché le comete contengono una combinazione sconcertante di ghiacci e particelle alterate alle alte temperature. Gli astronomi sono rimasti perplessi da questa miscela, poiché le comete si formano nelle regioni dei dischi freddi da sostanze congelate come acqua, anidride carbonica o metano. Le particelle di polvere rocciosa che finiscono per mescolarsi con i ghiacci non dovrebbero quindi mai subire temperature elevate.
In un editoriale che accompagna gli studi, l'astrofisico dell'Università del Missouri Aigen Li ha scritto che l'origine dei silicati cristallini nelle comete "è stata oggetto di dibattito dalla loro prima scoperta 20 anni fa."
Mentre Li promette nella nuova teoria, "Sarebbe interessante vedere se altri meccanismi come la miscelazione turbolenta e il modello" X-wind "trasporterebbero efficacemente i granuli submicrometrici, che sono efficienti emettitori a metà IR, verso l'esterno e li incorporano in comete ", ha scritto. "È anche possibile che alcuni silicati cristallini - ma non tutti - siano prodotti in situ in comete comete".
Fonte: comunicato stampa di Vinkovic. Guarda una breve animazione che mostra come funziona il meccanismo di movimento della polvere appena proposto.
