Gezegen oluşumu: Toz taneleri çarpışmalarla nasıl büyür?

Toz parçacıkları çarpışmalarla nasıl büyür?

Gezegenler, genç bir yıldızın etrafındaki bir diskte toz ve kayaların çarpışıp giderek daha büyük gök cisimleri oluşturmak üzere bir araya gelmesiyle oluşur. Yığılma olarak bilinen bu süreç henüz tam olarak anlaşılamamıştır. Mikro yerçekimindeki deneyler, parçacıkların çarpışma hızı ve elektrik yüküyle ilgili önemli gözlemlere olanak sağlamıştır.

Yüklü parçacıklar birleşerek bir küme oluşturmuşlardır. [ Daha büyük resmi görüntüle ]

Bir mikrometre inceliğindeki toz zerresinin 10.000 kilometre çapında bir gezegene dönüşmesi milyonlarca yıl sürer. Her şey, gaz (%99) ve tozdan (%1) oluşan disk şeklindeki bir bulutta, yani gezegen öncesi diskte başlar: Burada toz parçacıkları çarpışır ve kümeler oluşturur. Bu kümelerden oluşan bulutlar, sonunda bir ila yüz kilometre çapında olabilen, gezegencik adı verilen daha büyük kütlelere çöker. Yerçekimi sayesinde gezegencikler daha fazla madde çeker, gezegen öncesi gezegenlere ve daha sonra tam teşekküllü gezegenlere dönüşür.

Disk içinde gerçekleşen süreçlerde parçacıklar bir çarpışma bariyerini aşar. Astrofizikçiler Prof. Dr. Gerhard Wurm ve Dr. Jens Teiser, "Aslında, yaklaşık bir milimetreden büyük toz taneleri hiç büyüyemezler çünkü çarpıştıklarında birbirlerinden sekerek veya parçalanarak dağılırlar," diye açıklıyor. "Ancak, tekrar tekrar çarpıştıkları için farklı yükler kazanırlar ve sonra birbirlerini çekerler."

Ekibi, daha önceki drop tower deneylerinde elektrostatik yükleme yoluyla yapışmayı gözlemlemişti. Bu deneyler ağırlıksız ortamda yalnızca dokuz saniyelik bir ölçüm süresine izin verdiği için, büyüyen nesnelerin nihai boyutunu ve kararlılığını inceleyemediler. Mevcut çalışmadaki deneyler ise oldukça farklıydı: Avrupa Uzay Ajansı'na (ESA) ait bir araştırma roketinde gerçekleştirildi. Teiser, "Roket 270 kilometre yüksekliğe çıkarken bize altı dakika ağırlıksız kalma olanağı sağladı ve bu da deneylerimizi yerden kontrol edip izlememize olanak sağladı," diye açıkladı.

Bu, UDE ekibinin yaklaşık üç santimetre büyüklüğündeki kompakt aglomeraların büyümesini doğrudan gözlemlemesini ve tek tek parçacıkların hasara yol açmadan çarpışabileceği maksimum çarpma hızını hassas bir şekilde ölçmesini sağladı. Wurm, "Aglomeralar o kadar kararlı ki, saniyede 0,5 metreye varan hızlardaki tek tek parçacıkların bombardımanına dayanabiliyorlar. Bunun ötesindeki her şey aşınır," diye vurguluyor. "Ayrıca, çarpışmaların aslında güçlü elektrostatik yüklenme ve çekime yol açtığını gösteren sayısal simülasyonlar gerçekleştirdik."

Teiser, "Böylesine spesifik aşınma hızlarının bulunması bizi şaşırttı," diye ekliyor. "Özellikle de önceki simülasyonlarda parçalanma, yani parçacıkların veya nesnelerin parçalanması için kullanılan değerlere yakın oldukları için." Bu, genç bir yıldızın etrafındaki disk şeklindeki bulutta malzemenin aşındığı veya parçalandığı fiziksel koşulların benzer olduğu anlamına geliyor. UDE ekibinin sonuçları, gezegen öncesi disklerin ve parçacık büyümesinin fiziksel modellerine dahil edilerek gezegen oluşumunun ayrıntılarının anlaşılmasına yardımcı oluyor.

Araştırma, Alman Havacılık ve Uzay Merkezi (DLR) ve Federal Ekonomi ve İklim Eylem Bakanlığı tarafından finanse edildi. Ekip, bulgularını Nature Astronomy dergisinde yayınlanan bilimsel bir makalede bildirdi.