Рождение планет объяснили заряженной пылью

Слипание частиц пыли в зародыш будущей планеты облегчают электростатические силы.

Зародыши планет появляются в плотном газопылевом облаке, окружающем молодую звезду. Сталкиваясь и слипаясь друг с другом, частицы пыли образуют тела все более и более крупных размеров. Однако первые этапы их рождения связаны с трудностями. Моделирование показывает, что, достигнув величины порядка миллиметра, твердые и быстролетящие частицы попросту отскакивают друг от друга, не образуя более крупные фрагменты.

Возможно, преодолеть этот первый «барьер отталкивания» (bouncing barrier) им помогает электростатическое притяжение накопленных пылинками зарядов. К такому выводу пришли авторы новой статьи, опубликованной в журнале Nature Physics. Для этого Герхард Вурм (Gerhard Wurm) и его коллеги поставили эксперименты с крошечными — 0,5 миллиметра в диаметре — стеклянными сферами.

Столкновения шариков позволили имитировать динамику частиц в протопланетном диске. Гравитация Земли слишком велика и резко меняет их поведение, и, чтобы избавиться от ее влияния, опыты проводили в 120-метровой башне Fallturm Бременского университета, в камере, которая подбрасывалась к вершине и свободно падала вниз вместе со всей измерительной аппаратурой. В течение примерно девяти секунд падения система была свободна от гравитации.

Перед запуском установки стеклянные шарики активно перемешивались, чтобы имитировать обычное трение частиц в протопланетном облаке. В результате на них скапливались электрические заряды. Затем, уже в падении, благодаря им сферы притягивались друг к другу и образовывали «сгустки», некоторые из которых насчитывали более 1000 частиц.

Аналогичные опыты поставили с микросферами из базальта, более близкого по составу к настоящим частицам протопланетного диска. Они накапливали еще больше заряда и притягивались еще сильнее. Судя по всему, именно эта простая электростатика позволяет зародышам планет преодолевать «барьер отталкивания» и развиваться дальше.