Willst du Himmelsobjekte bauen? Ich meine, es klingt einfach – Sie beginnen einfach mit einer großen Staubwolke und schubsen sie, damit sie sich zu drehen und anzusammeln beginnt, und Sie erhalten einen Stern mit ein paar Staubwolken in der Umlaufbahn, die sich weiter ansammeln und sich bilden Planeten.
Das Problem ist, dass dieser Prozess physikalisch nicht möglich zu sein scheint – oder zumindest in theoretischen Standardmodellen und Laborsimulationen nicht repliziert werden kann. Es gibt ein Problem mit den anfänglichen kleinen Akkretionsschritten.
Staubpartikel scheinen, wenn sie sehr klein sind, leicht zusammenzukleben – durch van der Waals- und elektrostatische Kräfte – und bauen sich stetig zu millimeter- und sogar zentimetergroßen Aggregaten auf. Aber sobald sie diese Größe erreicht haben, verlieren diese klebrigen Kräfte an Einfluss – und die Objekte sind immer noch zu klein, um eine nennenswerte Anziehungskraft zu erzeugen. Ihre Interaktion besteht eher in der Art von springenden Kollisionen – die meistens dazu führen, dass Stücke von den springenden Objekten abgesplittert werden, sodass sie wieder kleiner werden.
Dies ist ein astrophysikalisches Problem, das als Meterbarriere bekannt ist.
Aber immer mehr Theoretiker finden Wege, um die Meterbarriere zu umgehen. Erstens kann es ein Fehler sein, anzunehmen, dass Sie mit einer einheitlichen Staubwolke beginnen, in der überall in der Wolke spontane Akkretionen stattfinden.
Derzeit wird angenommen, dass es möglicherweise einer nahegelegenen Supernova oder einem nah wandernden Stern bedarf, um die Entwicklung einer Staubwolke zu einer stellaren Kinderstube auszulösen. Es ist möglich, dass Turbulenzen in einer Staubwolke Strudel und Wirbel erzeugen, die die lokale Aggregation kleiner Partikel zu größeren Partikeln begünstigen. Anstatt also von einer einheitlichen Staubwolke zu einer einheitlichen Ansammlung sehr kleiner Steine überzugehen, gibt es hier und da nur eine zufällige Bildung von angesammelten Objekten.
Oder wir können einfach eine gewisse stochastische Unausweichlichkeit für alles annehmen, was die geringste Chance hat, zu passieren – schließlich zu passieren. Über mehrere Millionen Jahre hinweg werden innerhalb einer riesigen Staubwolke mit einem Durchmesser von mehreren hundert astronomischen Einheiten eine Vielzahl von Wechselwirkungen möglich – und selbst mit einer Wahrscheinlichkeit von 99,99%, dass kein Objekt jemals eine Größe von mehr als einem Meter erreichen kann, ist es immer noch sehr wahrscheinlich, dass dies passieren wirdirgendwoin diesem riesigen Gebiet.
Wie auch immer, sobald Sie ein paar Startobjekte haben, wird angenommen, dass der Schneeballprozess übernimmt. Sobald ein aggregiertes Objekt eine bestimmte Masse erreicht, bedeutet seine Trägheit, dass es weniger in turbulente Strömungen verwickelt ist. Mit anderen Worten, das Objekt beginnt sich durch den turbulenten Staub zu bewegen, anstatt sich mit ihm zu bewegen. Unter diesen Umständen verhält es sich wie ein Schneeball, der einen schneebedeckten Hügel hinunterrollt und eine Staubschicht ansammelt, während er durch die Staubwolke pflügt – und dabei seinen Durchmesser vergrößert.
Künstlerische Darstellung von HD 98800. Noch schneller funktioniert der Schneeballprozess in protoplanetaren Scheiben um Doppelsterne (zumindest auf dem Papier). Nun, Tatooine muss sich irgendwie gebildet haben... Credit: JPL, NASA.
Die Zeitspanne, die benötigt wird, um solche schneeballartigen Planetesimale aus einem Radius (RSchnee) von 100 Metern bis zu 1000 Kilometer lang ist. Die verwendete Modellierung legt eine Zeitspanne (TSchnee) zwischen 1 und 10 Millionen Jahren erforderlich.
Es ist auch möglich, die Planetenentstehung um Doppelsterne herum zu modellieren. Unter Verwendung von Bahnparametern, die denen des Doppelsternsystems Alpha Centauri A und B entsprechen, wird berechnet, dass der Schneeballprozess mehr funktionierteffizientdamit TSchneeist wahrscheinlich nicht länger als 1 Million Jahre.
Wenn sich einmal hundert Kilometer große Planetesimale gebildet haben, würden sie immer noch kollidieren. Aber bei dieser Größe erzeugen die Objekte eine beträchtliche Eigengravitation und Kollisionen sind eher konstruktiv – was schließlich zu Planeten mit ihren eigenen umlaufenden Trümmern führt, die dann Ringe und Monde bilden.
Es gibt Hinweise darauf, dass einige Sterne innerhalb von 1 Million Jahren Planeten (zumindest Gasriesen) bilden können – wie zum Beispiel GM Aurigae – während unser Sonnensystem von der Geburt der Sonne bis zur aktuellen Ansammlung von felsigen, gasförmigen und eisigen Planeten, die vollständig aus dem Staub gewachsen sind, möglicherweise gemächlichere 100 Millionen Jahre gebraucht haben.
Es besteht also mehr als nur die Chance eines Schneeballs, dass diese Theorie zu einem besseren Verständnis der Planetenentstehung beitragen kann.
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