La teoria di come si formano i pianeti è stata una sorta di mistero perenne per gli scienziati. Mentre gli astronomi hanno una buona comprensione della provenienza dei sistemi planetari - ovvero dischi protoplanetari di polvere e gas attorno a nuove stelle (alias "Teoria Nebulare") - una comprensione completa di come questi dischi alla fine diventano oggetti abbastanza grandi da collassare sotto i propri la gravità è rimasta inafferrabile.
Ma grazie a un nuovo studio di un team di ricercatori provenienti da Francia, Australia e Regno Unito, sembra che il pezzo mancante del puzzle possa essere stato finalmente trovato. Usando una serie di simulazioni, questi ricercatori hanno dimostrato come le "trappole di polvere" - cioè le regioni in cui frammenti di dimensioni di ghiaia potrebbero raccogliere e aderire insieme - sono abbastanza comuni da consentire la formazione di planetesimi.
Il loro studio, intitolato "Trappole antipolvere autoindotte: superare le barriere di formazione dei pianeti", è apparso di recente nel Avvisi mensili della Royal Astronomical Society.Guidato dal Dr. Jean-Francois Gonzalez - del Centro di ricerca astrofisica di Lione (CRAL) in Francia - il team ha esaminato il fastidioso stadio intermedio della formazione planetaria che ha afflitto gli scienziati.
Fino a poco tempo fa, il processo mediante il quale i dischi protoplanetari di polvere e gas si aggregano per formare oggetti delle dimensioni di un ambulante e il processo mediante il quale i planetesimi (oggetti che hanno un diametro di cento metri o più) formano nuclei planetari, sono stati ben compresi. Ma il processo che collega questi due - dove i ciottoli si uniscono per formare i planetesimi - è rimasto sconosciuto.
Parte del problema è stato il fatto che il Sistema Solare, che è stato il nostro unico quadro di riferimento per secoli, si è formato miliardi di anni fa. Ma grazie alle recenti scoperte (3453 esopianeti confermati e conteggi), gli astronomi hanno avuto molte opportunità di studiare altri sistemi che si trovano in varie fasi della formazione. Come ha spiegato il dottor Gonzalez in un comunicato stampa della Royal Astronomical Society:
"Fino ad ora abbiamo faticato a spiegare come i ciottoli possano unirsi per formare pianeti, eppure ora abbiamo scoperto un numero enorme di pianeti in orbita attorno ad altre stelle. Questo ci ha fatto pensare a come risolvere questo mistero. "
In passato, gli astronomi credevano che le "trappole di polvere" - che sono parte integrante della formazione del pianeta - potevano esistere solo in determinati ambienti. In queste regioni ad alta pressione, i grandi granelli di polvere vengono rallentati fino al punto in cui sono in grado di unirsi. Queste regioni sono estremamente importanti poiché contrastano i due principali ostacoli alla formazione planetaria, che sono la resistenza e le collisioni ad alta velocità.
La resistenza è causata dall'effetto del gas sui granelli di polvere, che li fa rallentare e alla fine si spostano nella stella centrale (dove vengono consumati). Per quanto riguarda le collisioni ad alta velocità, questo è ciò che fa sì che i grandi ciottoli si rompano l'uno nell'altro e si rompano, invertendo così il processo di aggregazione. Le trappole di polvere sono quindi necessarie per garantire che i granelli di polvere vengano rallentati quanto basta in modo che non si annichilino a vicenda quando si scontrano.
Per vedere quanto fossero comuni queste trappole per la polvere, il dottor Gonzalez e i suoi colleghi hanno condotto una serie di simulazioni al computer che hanno tenuto conto di come la polvere in un disco protoplanetario potesse esercitare resistenza sulla componente del gas, un processo noto come "reazione di resistenza aerodinamica ”. Mentre il gas in genere ha un'influenza di arresto sulle particelle di polvere, in anelli particolarmente polverosi, può essere vero il contrario.
Questo effetto è stato in gran parte ignorato dagli astronomi fino a poco tempo fa, dal momento che è generalmente abbastanza trascurabile. Ma come notato dal team, è un fattore importante nei dischi protoplanetari, noti per essere ambienti incredibilmente polverosi. In questo scenario, l'effetto della reazione all'indietro è quello di rallentare i granelli di polvere che si muovono verso l'interno e di spingere il gas verso l'esterno dove forma regioni ad alta pressione, ovvero "trappole di polvere".
Una volta che hanno tenuto conto di questi effetti, le loro simulazioni hanno mostrato come i pianeti si formano in tre fasi fondamentali. Nella prima fase, i granelli di polvere crescono di dimensioni e si spostano verso l'interno verso la stella centrale. Nel secondo, i grani più grandi ora di dimensioni di ciottoli si accumulano e rallentano. Nella terza e ultima fase, il gas viene spinto verso l'esterno dalla reazione di ritorno, creando le regioni della trappola della polvere in cui si accumula.
Queste trappole permettono quindi ai ciottoli di aggregarsi per formare planetesimi e infine mondi di dimensioni planetarie. Con questo modello, gli astronomi hanno ora una solida idea di come la formazione planetaria passi dai dischi polverosi ai planetesimi che si uniscono. Oltre a risolvere una domanda chiave su come è nato il sistema solare, questo tipo di ricerca potrebbe rivelarsi vitale nello studio degli esopianeti.
Gli osservatori terrestri e spaziali hanno già notato la presenza di anelli scuri e luminosi che si formano nei dischi protoplanetari attorno a stelle distanti - che si ritiene siano trappole di polvere. Questi sistemi potrebbero offrire agli astronomi la possibilità di testare questo nuovo modello, mentre osservano pian piano riunirsi pianeti. Gonzalez ha indicato:
“Siamo rimasti entusiasti di scoprire che, con gli ingredienti giusti a posto, le trappole di polvere possono formarsi spontaneamente, in una vasta gamma di ambienti. Questa è una soluzione semplice e robusta a un problema di vecchia data nella formazione dei pianeti. "
