Tengo dificultades para obtener una comprensión intuitiva de algunas de las etapas intermedias de la formación planetaria de un disco de acreción protoplanetario.
Entiendo que las partículas de polvo microscópicas pueden acumularse a través de fuerzas electrostáticas. Esto tiene sentido a nivel intuitivo, ya que a menudo observamos objetos muy pequeños que se pegan unos a otros, como cúmulos de polvo que "se acaban de formar" en la esquina de un sótano polvoriento. Supongo que la gravedad no entra en juego aquí ya que las partículas son demasiado pequeñas.
Sin embargo, no puedo visualizar cómo pueden acumularse objetos que miden más de 1 cm y menos de 1 m, particularmente cuando se forman a partir de sustancias rocosas. Esto parece desafiar la intuición, ya que las fuerzas electrostáticas no actúan para unir objetos a esta escala; no se pueden simplemente unir rocas. Tampoco parece ser una cuestión de energía, ya que al romper rocas, cualquiera de ellas se rompe en lugar de pegarse.
¿Existe un mecanismo conocido por el cual los objetos rocosos dentro de entre 1 cm y 1 m se acumulen para formar objetos más grandes? Recuerdo vagamente haber leído acerca de cómo las nubes de gas pueden haber estado involucradas.
De hecho, este es un problema complicado, y la acumulación de guijarros para formar planetesimales es una gran pregunta en la ciencia planetaria. Tienes razón al decir que las partículas pequeñas pueden unirse a través de fuerzas electrostáticas si las colisiones son lo suficientemente suaves. Pero a medida que las partículas aumentan de tamaño, el rebote y la fragmentación parecen presentar una barrera para el crecimiento. Esto se supera un poco en el disco exterior, donde las partículas heladas tienden a 'pegarse' más fácilmente que las partículas rocosas. Sin embargo, el crecimiento planetesimal requiere una explicación más completa.
Una de las soluciones más populares a este problema es un mecanismo llamado inestabilidad de transmisión . Para entender cómo funciona esto, primero debemos saber que las partículas de polvo dentro de un disco protoplanetario sufren una deriva radial, debido a la fuerza de arrastre que ejerce sobre ellas el gas en el disco. Esto hace que se muevan a velocidades 'sub-keplerianas' y pierdan momento angular, acercándose a la estrella anfitriona.
La idea detrás de la inestabilidad de la corriente es que las partículas ejercen una fuerza de fricción sobre el gas, lo que hace que el gas se acelere a velocidades cercanas a Keplerian. Esto reduce el viento de frente sobre las partículas de polvo, lo que hace que se desplacen más lentamente. A medida que las partículas más alejadas en el disco comienzan a 'recuperarse', la densidad local aumenta exponencialmente, formando grupos que se vuelven autogravitatorios. Estos grupos crecen rápidamente y eventualmente colapsan, lo que permite que se formen planetesimales en escalas de tiempo muy cortas.
La inestabilidad de transmisión puede crear planetesimales en una variedad de tamaños, generalmente del orden de ~ 100 km, pero incluso del tamaño de objetos como Ceres. Se prefiere especialmente que tenga lugar en las líneas de nieve, que son las regiones radiales del disco donde se "congelan" determinadas especies moleculares.
Para una explicación más detallada, recomiendo esta revisión reciente de Raymond & Morbidelli (2020).
Jean-Marie Prival
PM 2 Anillo
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