Le dimensioni giocano un ruolo fondamentale nell’adesione della polvere cosmica

Il dilemma dell’adesione: le dimensioni giocano un ruolo fondamentale nell’adesione della polvere cosmica

di Simon Manfield

Sydney, Australia (SPX), 25 luglio 2023

Le dimensioni contano quando si tratta della formazione di pianeti dalla polvere cosmica, secondo un team di astrofisici dell’Università di Tohoku. Le simulazioni dei ricercatori hanno scoperto che più grande è la polvere, minore è la probabilità che rimanga unita dopo la collisione, un’osservazione che potrebbe avere importanti implicazioni per la nostra comprensione dell’evoluzione planetaria.

Si pensa che la formazione di nuovi pianeti inizi con particelle fini di polvere cosmica che si scontrano e si legano insieme, creando alla fine grumi di polvere più grandi. Nel tempo, queste masse possono unirsi ed evolversi in pianeti. La modellazione del team dell’Università di Tohoku indica che man mano che questi grumi di polvere diventano più grandi, è meno probabile che si uniscano dopo la collisione. Ciò potrebbe influenzare il tasso di formazione dei planetesimi, corpi delle dimensioni di un chilometro che fungono da elementi costitutivi dei pianeti.

Per condurre il loro studio, il team ha utilizzato simulazioni numeriche di collisioni di masse di polvere. Si sono concentrati su aggregati isobari di dimensioni comprese tra 10.000 e 140.000 micron (o da 1 a 14 cm). Il loro approccio differiva dagli studi precedenti trattando ogni particella all’interno degli aggregati separatamente, piuttosto che considerare gli aggregati come una singola entità. Ciò ha permesso al team di calcolare le possibili deformazioni durante la collisione. Le loro scoperte sono state pubblicate su The Astrophysical Journal Letters.

“Il processo di formazione di oggetti di dimensioni chilometriche, piccoli pianeti, dalla polvere cosmica, che è il primo stadio della formazione dei pianeti, è stato uno dei maggiori problemi nella teoria della formazione dei pianeti”, ha affermato Hidekazu Tanaka, coautore dello studio e professore presso l’Istituto Astronomico dell’Università di Tohoku.

Le loro scoperte mostrano che i grumi di polvere, la materia prima per la formazione dei pianeti, smettono di crescere oltre una certa dimensione poiché i grandi grumi hanno difficoltà a restare uniti. Ciò solleva una nuova sfida alle teorie prevalenti sulla formazione dei pianeti, secondo Tanaka.

Storicamente, i tentativi di determinare la soglia della barriera di adesione/rimbalzo per le collisioni con accumulo di polvere hanno prodotto risultati diversi. Questa discrepanza ha portato alcuni ricercatori a ipotizzare che la dimensione aggregata possa essere un fattore che contribuisce, una teoria supportata dai risultati del presente studio.

Tuttavia, non è ancora chiaro perché la dimensione dell’aggregato influisca sulla probabilità di collisione. La ricerca futura potrebbe studiare la struttura di imballaggio degli aggregati nel tempo per aiutare a far luce su questo problema. Inoltre, gli studi che esaminano i siti di contatto tra gli aggregati, dove viene dissipata la maggior parte dell’energia di collisione, possono fornire informazioni su come gli aggregati più grandi alla fine si uniscono.

I ricercatori ritengono inoltre che la dimensione delle singole particelle all’interno di un aggregato, piuttosto che solo il raggio complessivo dell’aggregato, possa influenzare il potenziale di adesione.

Il team riconosce che il loro studio attuale è solo l’inizio e che sono necessarie simulazioni più estese, così come esperimenti di laboratorio, per mettere a punto i loro modelli.

Il team della Tohoku University non vede l’ora di affrontare la prossima sfida: studiare il comportamento di grandi ammassi di polvere. Utilizzando la potenza del supercalcolo, intendono simulare le collisioni tra grandi ammassi di polvere per comprendere meglio le complessità della formazione dei pianeti.

“I risultati di questa simulazione numerica su larga scala ci aiuteranno a rispondere alla domanda se la formazione di planetesimi sia possibile attraverso l’adesione di masse di polvere”, ha concluso Tanaka.

Rapporto di ricerca:Dipendenza delle dimensioni della barriera di rimbalzo nella crescita della polvere protoplanetaria

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