Boyut, kozmik toz kümelerinin yapışkanlığını belirler

Yeni gezegenlerin oluşumunda rol oynadığı düşünülen mikro parçacık toz kümelerinin, kümeler daha büyük olduğunda bir çarpışmadan sonra birbirine yapışma olasılığı daha düşüktür.

Mevcut kanıtlar, kozmik tozun mikropartiküllerinin çarpıştığını ve birbirine yapışarak, sonunda birleşip gezegenlere dönüşebilecek daha büyük toz kümeleri oluşturduğunu gösteriyor. Çarpışan mikro parçacık agregalarının birbirinden sıçramak yerine birbirine yapışması için gereken koşulları doğru bir şekilde karakterize eden sayısal modeller, bu nedenle gezegenlerin evrimini anlamak için çok önemlidir. Son modelleme, toz kümelerinin bir çarpışmadan sonra kümelerin boyutu arttıkça birbirine yapışma olasılığının daha düşük olduğunu göstermektedir.

Astrofizikçilerden oluşan bir ekip, yumuşak küre ayrık eleman yöntemleri kullanarak, 10.000 ila 140.000 mikron arasında değişen eşit kütleli agregalarla toz agrega çarpışmalarının sayısal simülasyonlarını gerçekleştirdi. Ayrık modelleme sistemi, agregayı tek bir varlık olarak ele almak yerine agrega içindeki her parçacığı hesaba kattı ve yumuşak küre simülasyonu, agreganın her bir parçacığının rijitliğini varsaydı, ancak çarpışma sırasında meydana gelebilecek deformasyonlara izin verdi.

Modellemeleri, mikropartikül toz agregalarının yarıçapının arttırılmasının yapışma olasılığını veya iki agreganın birbirine yapışması ve çarpışmadan sonra daha büyük bir agrega oluşturması ihtimalini azalttığını gösterdi. Ekip, çalışmalarının sonuçlarını yayınladı. Astrofizik Dergi Mektupları.

Çalışmanın yazarlarından ve Japonya’nın Sendai kentindeki Tohoku Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Astronomi Enstitüsü’nde profesör olan Hidekazu Tanaka, “Gezegen oluşumunun ilk aşaması olan kozmik tozdan kilometrelerce büyüklüğündeki cisimlerin, gezegenciklerin oluşum süreci, gezegen oluşumu teorisindeki en büyük sorunlardan biri olmuştur” dedi.

“Mevcut çalışma, gezegenler için malzeme olan toz kümelerinin, belirli bir boyuta ulaştıklarında büyümeyi durdurduğunu, çünkü büyük kümelerin birbirine yapışmasının zor olduğunu gösterdi. Sonuçlarımız, gezegen oluşumu sorununu daha da zorlaştırdı. Toz kümelerinin yapışkan büyümesi, gezegen oluşum sürecinde önemli bir süreçtir.”

Simülasyonlar, büyük mikro parçacık agregaları arasında çarpışmalı zıplamanın gezegenciklerin oluşumunu veya gezegenlerin yapı taşlarını azaltacağını öne sürüyor. Kilometre ölçeğindeki gezegencikler, karşılıklı yerçekimi yoluyla çarpışmalı birleşme yoluyla gezegenleri oluşturur.

Toz agrega çarpışmalarının yapışma/sıçrayan bariyeri eşiğini karakterize eden daha önceki modelleme simülasyonları ve laboratuvar deneyleri, genellikle araştırma ekibinin ve diğerlerinin, agregaların değişen boyutlarına bağlı olduğunu varsaydığı çelişkili sonuçlar üretti. Mevcut çalışmanın sonuçları bu hipotezi desteklemektedir.

Şu anda agregaların boyutunun bir çarpışma sırasında yapışma olasılığını neden etkilediği açık değil. Agregaların paket yapısını zaman içinde incelemeyi amaçlayan gelecekteki çalışmalar, bilim insanlarının agregaların gezegenimsi ölçeğine nasıl yaklaşabileceğini anlamalarına yardımcı olabilir. Bir çarpışmadan sonra enerjinin çoğunun dağıldığı agregalar arasındaki temas bölgelerine ilişkin çalışmalar, daha büyük agregaların sonunda nasıl birbirine yapıştığını da ortaya çıkarabilir.

Ek olarak, araştırma ekibi tarafından gerçekleştirilen simülasyonlar, partikül kümelerinin yapışma olasılığının, yalnızca tüm agreganın yarıçapından değil, agregayı oluşturan bireysel parçacıkların boyutundan da etkilenebileceğini öne sürüyor.

Ekip, bu çalışmada gerçekleştirdikleri simülasyonların kapsamlı olmaktan uzak olduğunu kabul ediyor. Gerçekçi prosedürlerle hazırlanabilen ve ivmeyi ele alan agregaları içeren simülasyonlar yapılacak ve modele ince ayar yapacak laboratuvar deneyleri de planlanıyor.

Ekip, bu simülasyonların ötesinde, gezegen gelişimiyle ilgili mevcut teorileri temelden değiştirebilecek daha büyük kümelere odaklanmış durumda. Tanaka, “Büyük toz kümelerinin birbirine yapışmasının ne kadar zor olduğunu araştırmak için daha da büyük toz kümeleri arasındaki çarpışmaların büyük ölçekli sayısal simülasyonlarını gerçekleştirmek için bir süper bilgisayar kullanacağız. Bu, toz kümelerinin yapışmasıyla gezegenciklerin oluşumunun mümkün olup olmadığı sorusunun çözülmesine yardımcı olacaktır” dedi.