Пылевые ловушки оказались условием формирования планет

Известно, что планетные системы образуются из газопылевого диска вокруг звезды. Хаотически двигаясь в протопланетном диске, частицы пыли сталкиваются и формируют сперва сантиметровые сгустки, а затем — планетезимали. Однако то, как сгустки космической пыли превращаются в небесные тела, сопоставимые по размерам с астероидами, изучено недостаточно.

Предполагается, что для превращения сгустков пыли в планетезимали первым необходимо преодолеть два ограничения. Первое заключается в том, что из-за баланса гравитации, давления и центробежной силы скорость движения газа вокруг звезды ниже, чем свободных тел. Относительно крупные частицы (больше нескольких миллиметров), опережая газ, теряют скорость при столкновении с встречным потоком и опускаются к звезде, где разрушаются. Второе ограничение связано с возрастающей вероятностью столкновения крупных частиц друг с другом, что должно нарушать процесс накопления массы.

Единственной областью, где оба эти ограничения могут быть сняты, являются пылевые ловушки — участки высокого давления, которые замедляют движение пылинок. Ранее считалось, что пылевые ловушки могут возникать в крайне специфических условиях, однако ученые из Университета Лион I имени Клода Бернара и других учреждений показали, что это не так.

В новой работе авторы провели компьютерную симуляцию механизма взаимодействия космической пыли с газом в протопланетном диске. Согласно анализу, обычно перемещением частиц управляли потоки газа, но в моделях с большей концентрации пыли скопление частиц изменяло структуру газа. Таким образом, происходило обратное аэродинамическое сопротивление, которое часто не учитывается исследователями при рассмотрении процессов формирования сгустков пыли.

По словам ученых, обратное аэродинамическое сопротивление замедляет движение пыли к звезде, что позволяет ей накопить массу. После определенного порога массы газ перестает управлять движением частиц и выталкивается в отдаленные области диска, образуя пылевые ловушки. Частицы из внешних областей диска накапливаются в пылевых ловушках и со временем формируют планетезимали.

Подробности работы опубликованы в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.