Sarcinile electrice de pe boabele de praf pot ajuta la explicarea modului în care se nasc planetele

Creșterea este greu de făcut, mai ales pentru planetele bebeluși. Acum, este posibil ca oamenii de știință să fi descoperit soluția unui puzzle despre durerile de creștere protoplanetare.

Un obstacol în calea formării planetare, cunoscut sub numele de bariera de săritură, împiedică adunarea particulelor de praf care în cele din urmă formează planete. Dar încărcarea electrică poate oferi o lipiciitate suplimentară de care acele moțe cosmice au nevoie pentru ca pâlcuri să continue să crească, au raportat oamenii de știință pe 9 decembrie. Fizica naturii. Testarea acestei explicații a necesitat scuturarea energic a mii de mărgele mici de sticlă și catapultarea lor la peste 100 de metri spre cer, în încercarea de a imita locurile de naștere ale planetelor, discurile protoplanetare.

În clătitele de praf și gaz cunoscute sub numele de discuri protoplanetare, semințele planetelor se ciocnesc și se lipesc, formând aglomerații din ce în ce mai mari. Dar, conform experimentelor și simulărilor, odată ce particulele au dimensiunea de un milimetru sau cam așa ceva, creșterea lor se blochează pe măsură ce ridin unele de altele, mai degrabă decât să se lipească. Este o dilemă care a împiedicat încercările de a simula modul în care se formează planetele.

Cumva, particulele de praf depășesc bariera de săritură, rezultând un cosmos presărat cu o mare varietate de lumi (SN: 1/8/19). „Vedem exoplanete, așa că trebuie să existe o modalitate de a obține particule mai mari”, spune astrofizicianul experimental Tobias Steinpilz de la Universitatea din Duisburg-Essen din Germania.

Așa că Steinpilz și colegii și-au propus să formeze analogi ai semințelor planetare. În loc de boabe de praf protoplanetar, cercetătorii au folosit mărgele de sticlă, fiecare cu un diametru mai mic de jumătate de milimetru. Ciocnirile dintre aceste margele ar imita particulele de praf care se ciocnesc în discul protoplanetar. Dar a existat o captură: gravitația Pământului. „Asta depășește tot ceea ce vrem să vedem”, spune Steinpilz.

mărgele de sticlă
Mărgelele de sticlă identice se adună împreună din cauza sarcinilor lor electrice, așa cum se arată într-o simulare (sus) și un experiment (jos).T. Steinpilz et al/Fizica naturii 2019

Așa că, cercetătorii și-au lansat experimentul cu o catapultă în interiorul turnului Bremen Drop Tower, înalt de 120 de metri, din Germania, lăsând aparatul care conține margele, o cameră și alte echipamente de măsurare, să zboare în sus și înapoi. În timpul zborului său de aproximativ nouă secunde, dispozitivul a fost efectiv lipsit de greutate.

Înainte de lansare, cercetătorii au scuturat mărgelele, mimând ciocnirile pe care particulele dintr-un disc protoplanetar le-ar experimenta în timp. Această mișcare a făcut ca mărgelele să acumuleze sarcini electrice, unele negative și altele pozitive. Când margelele au devenit lipsite de greutate, ele au format aglomerări – unele constând din peste o mie de margele – datorită forțelor electrice dintre margelele încărcate, au determinat cercetătorii.

Rezultatele „arată în mod clar că forțele electrostatice ajută la creșterea dincolo de bariera de săritură în condiții de laborator”, spune astronomul Richard Booth de la Universitatea din Cambridge. Dar, notează el, „există o problemă de a încerca să extrapolăm aceste condiții de laborator la ceea ce vedem pe discurile protoplanetare”. În special, discurile protoplanetare constau din granule de praf din materiale naturale, mai degrabă decât din sticlă.

Echipa lui Steinpilz a efectuat, de asemenea, experimente de agitare cu sfere de bazalt, care sunt mai asemănătoare cu particulele dintr-un disc protoplanetar real. Particulele de bazalt s-au încărcat chiar mai mult decât mărgelele de sticlă, a descoperit echipa, sugerând că efectul ar putea fi și mai puternic în discurile protoplanetare.

Alte bariere rămân totuși pentru planetele în curs de dezvoltare. Particulele de mare viteză, de exemplu, se pot ciocni și se pot despărți bulgări mai mari, așa că creșterea necesită încă nisip.