Es wird angenommen, dass felsige Planeten wie die Erde als Staub begonnen haben, der neugeborene Sterne umkreist, und Hinweise auf die Herkunft dieses Staubes kommen in den heutigen Meteoriten und Kometen zu uns sowie Beobachtungen von zirkumstellaren Scheiben um junge Sterne.
Aber das Geheimnis hat die Details der Staubentwicklung und wie es schließlich dazu kommt, größere Objekte zu formen, verhüllt. Nun zwei Artikel im Tagebuch Natur schlagen einen neuen Mechanismus vor, um dies zu erklären.
Der neue Mechanismus hängt von hitzeschockierten kristallinen Staubkörnern ab, die irgendwie von ihrem Entstehungsort - vermutlich in der Nähe der Sonne - zum äußeren Sonnensystem wanderten. Implizit sollte der gleiche Prozess auch bei anderen jungen Sternen stattfinden.
Ein Trio früherer Hypothesen wurde vorgeschlagen, um die Migration zu erklären, aber keine davon passte ganz. Laut dem Physiker Dejan Vinkovic von der Universität Split in Kroatien umfassten sie turbulentes Mischen, ballistisches Abfeuern von Partikeln in einem dichten Wind, der durch Wechselwirkung der Akkretionsscheibe mit dem Magnetfeld des jungen Sterns (als X-Wind-Modell bezeichnet) erzeugt wurde, und Mischen durch transiente Spiralarme in geringfügig gravitativ instabilen Scheiben. Vinkovic ist Hauptautor eines der Natur Papiere.
"Das turbulente Mischen erfordert eine Quelle effizienter turbulenter Viskosität, und die magnetorotatorische Instabilität wird als der vielversprechendste Kandidat angeführt, aber große Strecken der Scheibe werden als nicht ausreichend ionisiert angesehen, um diese Instabilität aktiv zu halten", schrieb er. "Das X-Wind-Modell stützt sich auf die theoretische Vorstellung von Magnetfeldkonfigurationen in unmittelbarer Nähe von Sternen vor der Hauptsequenz, und es werden große Hoffnungen auf zukünftige Beobachtungen gesetzt, um diese Situation zu lösen."
Und schließlich: „Das Spiralarmmodell befindet sich im Bereich der Diskussionen darüber, ob die zugrunde liegenden Zahlen, physikalischen Näherungen und Annahmen über die Anfangsbedingungen realistisch genug sind, um die Ergebnisse plausibel zu machen.“
In der anderen Arbeit finden Peter Abraham von der Ungarischen Akademie der Wissenschaften und seine Kollegen die Signatur von kristallinem Staub, nachdem ein junger Stern aufgeflammt ist, während Archivdaten vor dem Aufflackern keine Anzeichen dafür zeigten.
Das Vinkovic-Papier untersucht die Vermischung großer kristalliner Staubpartikel im protoplanetaren Nebel um die junge Sonne.
Die Kraft, die durch das auf ein Objekt strahlende Licht erzeugt wird, ist ein bekanntes Phänomen, das als Strahlungsdruck bezeichnet wird. Wir spüren es im täglichen Leben nicht, weil wir zu massiv sind, um diesen Effekt wahrzunehmen. Bei sehr kleinen Teilchen kann diese Kraft sogar größer sein als die Schwerkraft, die die Teilchen in der Umlaufbahn um den Stern hält. Bisher konzentrierten sich die Untersuchungen nur auf den Strahlungsdruck aufgrund des Sternenlichts. Die Ergebnisse zeigten, dass einzelne Körner nicht weit wandern und tiefer in die Scheibe gedrückt werden würden.
Vinkovic berichtet, dass Infrarotstrahlung, die von der staubigen Scheibe ausgeht, Körner, die größer als ein Mikrometer sind, aus der inneren Scheibe herauswerfen kann, wo sie durch Sternstrahlungsdruck nach außen gedrückt werden, während sie über die Scheibe gleiten. Körner treten in Radien, in denen es zu kalt ist, um eine ausreichende Infrarotstrahlungsdruckunterstützung für eine gegebene Korngröße und Feststoffdichte zu erzeugen, wieder in die Scheibe ein.
Vinkovic weist jedoch darauf hin, dass nicht nur der Stern, sondern auch die Scheibe leuchtet. Bei der Untersuchung der Auswirkungen auf protoplanetare Staubkörner, die größer als ein Mikrometer sind und mit der Partikelgröße von Zigarettenrauch vergleichbar sind, hat Vinkovic festgestellt, dass das intensive Infrarotlicht aus den heißesten Regionen der protoplanetaren Scheibe in der Lage ist, solchen Staub aus der Scheibe herauszudrücken. Infrarotstrahlung ist das, was wir als „Wärme“ auf unserer Haut fühlen können. Die Kombination des Strahlungsdrucks vom Stern und der Scheibe erzeugt eine Nettokraft, die es Staubkörnern ermöglicht, entlang der Scheibenoberfläche von inneren zu äußeren Bereichen der Scheibe zu surfen.
Die Temperaturen in dieser heißen Region erreichen etwa 1500 Grad Kelvin (2200 Grad Fahrenheit), genug, um feste Staubpartikel zu verdampfen oder ihre physikalische und chemische Struktur zu verändern. Der Mechanismus, den Vinkovic in seiner Arbeit beschreibt, würde solche veränderten Staubpartikel auf kältere Scheibenregionen vom Stern weg übertragen. Dies kann erklären, warum Kometen eine rätselhafte Kombination von Eis und Partikeln enthalten, die bei hohen Temperaturen verändert wurden. Astronomen waren von dieser Mischung verwirrt, da sich Kometen in kalten Scheibenregionen aus gefrorenen Substanzen wie Wasser, Kohlendioxid oder Methan bilden. Es wird daher erwartet, dass felsige Staubpartikel, die sich mit Eis vermischen, niemals hohen Temperaturen ausgesetzt sind.
In einem Leitartikel, der die Studien begleitete, schrieb der Astrophysiker der Universität von Missouri, Aigen Li, dass der Ursprung kristalliner Silikate in Kometen „seit ihrer ersten Entdeckung vor 20 Jahren umstritten ist“.
Während Li in der neuen Theorie verspricht: „Es wäre interessant zu sehen, ob andere Mechanismen wie das turbulente Mischen und das 'X-Wind'-Modell Submikrometer-Körner, die effiziente Mid-IR-Emitter sind, effektiv nach außen transportieren und in diese einbauen würden Kometen “, schrieb er. "Es ist auch möglich, dass einige - aber nicht alle - kristalline Silikate in situ in Kometenkomae hergestellt werden."
Quelle: Vinkovics Pressemitteilung. Sehen Sie sich eine kurze Animation an, die zeigt, wie der neu vorgeschlagene Mechanismus der Staubbewegung funktioniert.
