El dilema de la adhesión: el tamaño juega un papel fundamental en la adhesión del polvo cósmico
por Simón Mansfield
Sídney, Australia (SPX) 25 de julio de 2023
El tamaño importa cuando se trata de la formación de planetas a partir del polvo cósmico, según un equipo de astrofísicos de la Universidad de Tohoku. Las simulaciones de los investigadores encontraron que cuanto más grande es el polvo, es menos probable que se mantenga unido después de la colisión, una observación que podría tener implicaciones importantes para nuestra comprensión de la evolución planetaria.
Se cree que la formación de nuevos planetas comienza con finas partículas de polvo cósmico que chocan y se unen entre sí, creando eventualmente grandes acumulaciones de polvo. Con el tiempo, estas masas pueden unirse y convertirse en planetas. El modelado realizado por el equipo de la Universidad de Tohoku indica que a medida que estos cúmulos de polvo se hacen más grandes, es menos probable que se peguen después de la colisión. Esto podría afectar la tasa de formación de los planetesimales, cuerpos del tamaño de un kilómetro que sirven como bloques de construcción de los planetas.
Para realizar su estudio, el equipo utilizó simulaciones numéricas de colisiones de masas de polvo. Se centraron en agregados isobáricos que varían en tamaño de 10 000 a 140 000 micrones (o 1 a 14 cm). Su enfoque difería de estudios anteriores al tratar cada partícula dentro de los agregados por separado, en lugar de considerar los agregados como una sola entidad. Esto permitió al equipo calcular posibles deformaciones durante la colisión. Sus hallazgos han sido publicados en The Astrophysical Journal Letters.
“El proceso de formación de objetos del tamaño de un kilómetro, pequeños planetas, a partir del polvo cósmico, que es la primera etapa de la formación de planetas, ha sido uno de los mayores problemas en la teoría de la formación de planetas”, dijo Hidekazu Tanaka, coautor del estudio y profesor del Instituto Astronómico de la Universidad de Tohoku.
Sus hallazgos muestran que los cúmulos de polvo, la materia prima para la formación de planetas, dejan de crecer más allá de cierto tamaño, ya que a los grandes cúmulos les resulta difícil mantenerse unidos. Esto plantea un nuevo desafío a las teorías predominantes sobre la formación de planetas, según Tanaka.
Históricamente, los intentos de determinar el umbral de la barrera de adherencia/rebote para las colisiones por acumulación de polvo han arrojado resultados variados. Esta discrepancia ha llevado a algunos investigadores a plantear la hipótesis de que el tamaño de los agregados puede ser un factor contribuyente, una teoría respaldada por los resultados del presente estudio.
Sin embargo, todavía no está claro por qué el tamaño del agregado afecta la probabilidad de que se pegue la colisión. La investigación futura puede investigar la estructura de empaque de los agregados a lo largo del tiempo para ayudar a arrojar luz sobre este problema. Además, los estudios que examinan los sitios de contacto entre los agregados, donde se disipa la mayor parte de la energía de colisión, pueden proporcionar información sobre cómo los agregados más grandes eventualmente se unen.
Los investigadores también creen que el tamaño de las partículas individuales dentro de un agregado, en lugar de solo el radio general del agregado, puede influir en el potencial de adhesión.
El equipo reconoce que su estudio actual es solo el comienzo y que se necesitan simulaciones más extensas, así como experimentos de laboratorio, para afinar sus modelos.
El equipo de la Universidad de Tohoku ya espera su próximo desafío: investigar el comportamiento de grandes acumulaciones de polvo. Usando el poder de la supercomputación, pretenden simular colisiones entre grandes cúmulos de polvo para comprender mejor las complejidades de la formación de planetas.
«Los resultados de esta simulación numérica a gran escala nos ayudarán a responder la pregunta de si es posible la formación de planetesimales a través de la adhesión de masas de polvo», concluyó Tanaka.
Informe de investigación:Dependencia del tamaño de la barrera de rebote en el crecimiento de polvo protoplanetario
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