Yörünge altı uçuş deneyleri, gezegen oluşumunu incelemek için toz parçacıkları topaklarını test ediyor

Gezegenler, genç bir yıldızın etrafındaki diskteki toz ve kayaların çarpışıp bir araya gelerek daha büyük cisimler oluşturmasıyla oluşur. Bu sözde birikim henüz tam olarak anlaşılamamıştır. Duisburg-Essen Üniversitesi’ndeki astrofizikçiler, yörünge altı uçuşta yapılan deneyler yoluyla çarpışma hızı ve parçacıkların elektrik yükü hakkında önemli gözlemler yapabildiler. Onların sonuçları az önce yayınlandı içinde Doğa Astronomi.

Mikrometre büyüklüğündeki bir toz tanesinin 10.000 kilometre çapında bir gezegene dönüşmesi milyonlarca yıl alır. Her şey disk şeklindeki gaz (%99) ve toz (%1) bulutunda, yani protogezegen diskinde başlıyor. Burada toz parçacıkları çarpışır ve topaklanmalar oluşturur. Bu topakların bulutları sonunda gezegenimsiler adı verilen ve halihazırda 1 ila 100 kilometre çapa sahip olabilen daha büyük cisimlere çöker. Yerçekimi sayesinde gezegenimsiler daha fazla maddeyi çeker, öngezegenlere ve daha sonra tam teşekküllü gezegenlere dönüşürler.

Diskteki işlemler sırasında parçacıklar çarpışma bariyerini aşıyor. Astrofizikçiler Prof. Dr. Gerhard Wurm ve PD Dr. Jens Teiser şöyle açıklıyor: “Aslında, yaklaşık 1 milimetreden daha büyük toz taneleri hiç büyüyemez çünkü ya birbirlerine çarparlar ya da parçalanırlar.” “Fakat çarpışmaya devam ettikleri için farklı şekilde yükleniyorlar ve sonra birbirlerini çekiyorlar.”

Ekip daha önceki düşme kulesi deneylerinde elektrostatik yük nedeniyle yapışmayı gözlemlemişti. Mikro yerçekiminde yalnızca yaklaşık dokuz saniyelik ölçüm süresi mümkün olduğundan, büyüyen cisimlerin nihai boyutunu ve stabilitesini inceleyemediler.

Mevcut çalışmadaki deneyler oldukça farklı bir şekilde yürütüldü: Avrupa Uzay Ajansı’nın (ESA) sondaj roketinin yörünge altı uçuşu sırasında gerçekleşti. Teiser, “Roket 270 kilometre yüksekliğe tırmanıp dönerken, deneylerimizi yerden kontrol etmek ve izlemek için bize altı dakikalık mikro yerçekimi sundu” diyor.

UDE ekibi böylece boyutları yaklaşık 3 santimetre olan kompakt yığınların büyümesini doğrudan gözlemleyebildi ve bireysel parçacıkların hiçbir şeye zarar vermeden çarpışabileceği maksimum hızı tam olarak ölçebildi.

Astrofizikçi Wurm, “Yığınlar o kadar kararlı ki, tek tek parçacıkların saniyede 0,5 metreye kadar bombardımanına dayanabiliyorlar. Daha hızlı olan her şey onları aşındırıyor” diye vurguluyor. “Ayrıca, çarpışmaların gerçekten de güçlü bir elektrostatik yük ve çekimle sonuçlandığını gösteren sayısal simülasyonlar da gerçekleştirdik.”

Teiser, “Erozyon için bu kadar spesifik hızlar bulduğumuzda şaşırdık” diye ekliyor. “Özellikle de önceki simülasyonlarda parçalanma, yani parçacıkların veya nesnelerin parçalanması için kullanılan değerlere yakın oldukları için.” Bu, fiziksel koşulların, genç bir yıldızın etrafındaki disk şeklindeki buluttaki malzemenin aşındığı veya parçalandığı koşullara benzer olduğu anlamına gelir.

UDE ekibinin sonuçları, protogezegen diskleri ve parçacık büyümesinin fiziksel modellerine dahil ediliyor ve böylece gezegen oluşumunun ayrıntılarının anlaşılmasına yardımcı oluyor.