Η θεωρία του πώς σχηματίζονται οι πλανήτες υπήρξε κάτι μόνιμο μυστήριο για τους επιστήμονες. Ενώ οι αστρονόμοι έχουν μια πολύ καλή κατανόηση από πού προέρχονται τα πλανητικά συστήματα - δηλαδή οι πρωτοπλανητικοί δίσκοι σκόνης και αερίου γύρω από νέα αστέρια (γνωστός και ως "Nebular Theory") - μια πλήρης κατανόηση του πώς αυτοί οι δίσκοι τελικά γίνονται αντικείμενα αρκετά μεγάλα για να καταρρεύσουν κάτω από τα δικά τους η βαρύτητα παρέμεινε αόριστη.
Αλλά χάρη σε μια νέα μελέτη από μια ομάδα ερευνητών από τη Γαλλία, την Αυστραλία και το Ηνωμένο Βασίλειο, φαίνεται ότι το κομμάτι του παζλ που λείπει μπορεί τελικά να έχει βρεθεί. Χρησιμοποιώντας μια σειρά προσομοιώσεων, αυτοί οι ερευνητές έχουν δείξει πώς οι «παγίδες σκόνης» - δηλαδή περιοχές όπου τα θραύσματα μεγέθους με βότσαλα θα μπορούσαν να συλλέγουν και να κολλάνε μεταξύ τους - είναι αρκετά κοινές ώστε να επιτρέπουν τον σχηματισμό πλανητικών παραγόντων.
Η μελέτη τους, με τίτλο «Αυτοεπαγόμενες παγίδες σκόνης: Υπερνίκηση των εμποδίων σχηματισμού πλανητών», εμφανίστηκε πρόσφατα στο Μηνιαίες ειδοποιήσεις της Βασιλικής Αστρονομικής Εταιρείας.Με επικεφαλής τον Δρ Jean-Francois Gonzalez - του Κέντρου Αστροφυσικής της Λυών στη Γαλλία - η ομάδα εξέτασε το ενοχλητικό μεσαίο στάδιο του πλανητικού σχηματισμού που μαστίζει τους επιστήμονες.
Μέχρι πρόσφατα, η διαδικασία με την οποία οι πρωτοπλανητικοί δίσκοι σκόνης και αερίου συσσωρεύονται για να σχηματίσουν αντικείμενα μεγέθους λαβής, και τη διαδικασία με την οποία πλανητοειδή (αντικείμενα με διάμετρο εκατό μέτρων ή περισσότερο) σχηματίζουν πλανητικούς πυρήνες. Όμως η διαδικασία που γεφυρώνει αυτά τα δύο - όπου τα βότσαλα ενώνονται για να σχηματίσουν πλανητοειδή - παρέμεινε άγνωστη.
Μέρος του προβλήματος ήταν το γεγονός ότι το Ηλιακό Σύστημα, το οποίο αποτελεί το μοναδικό μας πλαίσιο αναφοράς για αιώνες, σχηματίστηκε πριν από δισεκατομμύρια χρόνια. Αλλά χάρη στις πρόσφατες ανακαλύψεις (3453 επιβεβαιωμένοι εξωπλανήτες και καταμέτρηση), οι αστρονόμοι είχαν πολλές ευκαιρίες να μελετήσουν άλλα συστήματα που βρίσκονται σε διάφορα στάδια σχηματισμού. Όπως εξήγησε ο Δρ Gonzalez σε ένα δελτίο τύπου της Royal Astronomical Society:
«Μέχρι τώρα έχουμε αγωνιστεί να εξηγήσουμε πώς τα βότσαλα μπορούν να συγκεντρωθούν για να σχηματίσουν πλανήτες και όμως έχουμε ανακαλύψει τώρα τεράστιο αριθμό πλανητών σε τροχιά γύρω από άλλα αστέρια. Αυτό μας έκανε να σκεφτόμαστε πώς να λύσουμε αυτό το μυστήριο. "
Στο παρελθόν, οι αστρονόμοι πίστευαν ότι «παγίδες σκόνης» - που είναι αναπόσπαστα στον σχηματισμό πλανητών - θα μπορούσαν να υπάρχουν μόνο σε συγκεκριμένα περιβάλλοντα. Σε αυτές τις περιοχές υψηλής πίεσης, οι μεγάλοι κόκκοι σκόνης επιβραδύνονται μέχρι το σημείο που είναι σε θέση να ενώνονται. Αυτές οι περιοχές είναι εξαιρετικά σημαντικές, διότι εξουδετερώνουν τα δύο κύρια εμπόδια στον σχηματισμό πλανητών, που είναι οι συγκρούσεις έλξης και μεγάλης ταχύτητας.
Η έλξη προκαλείται από την επίδραση που έχει το αέριο στους κόκκους σκόνης, γεγονός που τους αναγκάζει να επιβραδύνουν και τελικά να παρασυρθούν στο κεντρικό αστέρι (όπου καταναλώνονται). Όσον αφορά τις συγκρούσεις υψηλής ταχύτητας, αυτό προκαλεί τα μεγάλα βότσαλα να σπάσουν το ένα στο άλλο και να σπάσουν, αντιστρέφοντας έτσι τη διαδικασία συσσωμάτωσης. Απαιτούνται επομένως παγίδες σκόνης για να διασφαλιστεί ότι οι κόκκοι σκόνης επιβραδύνονται αρκετά, ώστε να μην εκμηδενίζονται ο ένας τον άλλον όταν συγκρούονται.
Για να δει πόσο κοινές ήταν αυτές οι παγίδες σκόνης, ο Δρ. Gonzalez και οι συνεργάτες του πραγματοποίησαν μια σειρά προσομοιώσεων υπολογιστών που έλαβαν υπόψη πώς η σκόνη σε έναν πρωτοπλανητικό δίσκο θα μπορούσε να ασκήσει έλξη στο στοιχείο αερίου - μια διαδικασία γνωστή ως «αεροδυναμική αντίστροφη αντίδραση ". Ενώ το αέριο έχει συνήθως μια ανασταλτική επίδραση στα σωματίδια σκόνης, σε ιδιαίτερα σκονισμένους δακτυλίους, το αντίθετο μπορεί να ισχύει.
Αυτό το αποτέλεσμα έχει αγνοηθεί σε μεγάλο βαθμό από τους αστρονόμους μέχρι πρόσφατα, δεδομένου ότι είναι γενικά αρκετά αμελητέο. Ωστόσο, όπως σημείωσε η ομάδα, είναι ένας σημαντικός παράγοντας στους πρωτοπλανητικούς δίσκους, οι οποίοι είναι γνωστοί ότι είναι απίστευτα σκονισμένα περιβάλλοντα. Σε αυτό το σενάριο, το αποτέλεσμα της αντίδρασης είναι η επιβράδυνση των κόκκων σκόνης προς τα μέσα και η ώθηση του αερίου προς τα έξω όπου σχηματίζει περιοχές υψηλής πίεσης - δηλαδή "παγίδες σκόνης".
Μόλις αντιπροσώπευαν αυτά τα αποτελέσματα, οι προσομοιώσεις τους έδειξαν πώς σχηματίζονται οι πλανήτες σε τρία βασικά στάδια. Στο πρώτο στάδιο, οι κόκκοι σκόνης μεγαλώνουν και κινούνται προς τα μέσα προς το κεντρικό αστέρι. Στο δεύτερο, οι τώρα μεγαλύτεροι κόκκοι μεγέθους με βότσαλα συσσωρεύονται και επιβραδύνονται. Στο τρίτο και τελευταίο στάδιο, το αέριο ωθείται προς τα έξω από την αντίστροφη αντίδραση, δημιουργώντας περιοχές παγίδευσης σκόνης όπου συσσωρεύεται.
Αυτές οι παγίδες επιτρέπουν στη συνέχεια τα χαλίκια να συσσωματωθούν για να σχηματίσουν πλανητοειδή, και τελικά πλανήτες σε μέγεθος πλανήτη. Με αυτό το μοντέλο, οι αστρονόμοι έχουν τώρα μια σταθερή ιδέα για το πώς ο πλανητικός σχηματισμός πηγαίνει από σκονισμένους δίσκους σε πλανητικά σχήματα που ενώνονται. Εκτός από την επίλυση ενός βασικού ερωτήματος σχετικά με το πώς δημιουργήθηκε το ηλιακό σύστημα, αυτό το είδος έρευνας θα μπορούσε να αποδειχθεί ζωτικής σημασίας στη μελέτη των εξωπλανητών.
Παρατηρητήρια εδάφους και διαστήματος έχουν ήδη παρατηρήσει την παρουσία σκοτεινών και φωτεινών δακτυλίων που σχηματίζονται σε πρωτοπλανητικούς δίσκους γύρω από μακρινά αστέρια - που πιστεύεται ότι είναι παγίδες σκόνης. Αυτά τα συστήματα θα μπορούσαν να προσφέρουν στους αστρονόμους την ευκαιρία να δοκιμάσουν αυτό το νέο μοντέλο, καθώς βλέπουν τους πλανήτες να έρχονται αργά μαζί. Ο Γκονζάλες ανέφερε:
«Είμαστε ενθουσιασμένοι που ανακαλύψαμε ότι, με τα σωστά συστατικά, οι παγίδες σκόνης μπορούν να σχηματιστούν αυθόρμητα, σε ένα ευρύ φάσμα περιβαλλόντων. Αυτή είναι μια απλή και ισχυρή λύση σε ένα μακροχρόνιο πρόβλημα στον σχηματισμό πλανητών. "
