Астрономия

Астрономы предложили решение проблемы «метрового барьера» образования планет

Volker Schurbert

Международная группа астрофизиков описала механизм, который позволяет объяснить рост тел в протопланетном диске с характерным размером около сантиметра. Ключевую роль в предложенном решении играют «пылевые ловушки», которые формируются благодаря аэродинамическому эффекту, которым обычно пренебрегают. Работа франко-британско-австралийского коллектива опубликована в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Планеты образуются из газа и пыли протопланетных дисков, окружающих молодые звезды. На данный момент уже подтверждено существование свыше тысячи планет у сотен звезд, так что мы смело можем назвать такие тела обычным явлением во Вселенной. Однако полноценной теории роста планет до сих пор нет. Основной трудностью является так называемая проблема «метрового барьера», которая состоит из двух частей: во-первых, частицы сантиметрового размера должны эффективно тормозиться газом и падать на звезду, во-вторых, при столкновении скорость таких объектов должна быть велика, что будет приводить к дроблению.

Единственным предложенным местом, где эти затруднения могут быть преодолены, являются «пылевые ловушки» — области диска с повышенным давлением и низкой скоростью дрейфа. Считалось, что такие условия весьма редки, однако моделирование, проведенное в новой работе, указывает, что они, напротив, могут быть очень распространены. Особое внимание было уделено влиянию пылевой компоненты на газ. В большинстве симуляций учитывается только влияние газа на пыль, тем не менее в регионах с повышенной плотностью пыли эффект обратной реакции на аэродинамическое сопротивление (aerodynamic drag back-reaction), который часто игнорируется, становится важным.

Благодаря этому эффекту пылинки замедляют движение к центру и успевают вырасти до больших размеров. Когда они становятся достаточно большими, то трение о газ уже не играет существенной роли и практически не влияет на их движение. Также этот эффект приводит к выталкиванию газа во внешние области, где он образует области повышенного давления, являющиеся ловушками для мелких пылинок из внешних областей. «Мы были взволнованы открытием, что при условии наличия нужных компонентов пылевые ловушки образуются в широком диапазоне условий, — поясняет доктор Жан-Франсуа Гонзалес. — Это простое и разумное решение давней проблемы формирования планет».