Planetesimāļu akrecija

Ļoti mazi graudi var sastapties nejaušas termiskas kustības dēļ, ko sauc par Brauna kustību. Pēc vieglas sadursmes virsmas spēki var noturēt tos kopā. Sankaupām augot, nosēšanās, turbulence un atšķirīga kustība gāzē izraisa jaunas sadursmes.[2]

Ne visi tokie susidūrimai padidina masę. Sankaupos gali susispausti ir atšokti, netekti medžiagos arba subyrėti. Rezultatas priklauso nuo susidūrimo greičio, dalelių dydžio, poringumo ir sudėties. Vienos rūšies dulkėms tinkantis augimo būdas kitoms gali netikti.[3]

Ledus maina apstākļus, bet problēmu nenovērš

Aiz noteiktas vielas sniega līnijas ledus var kļūt par graudiņa vai sakopojuma daļu. Tā ietekme uz salipšanu ir atkarīga no vielas un temperatūras. Vārds “ledains” pats par sevi nenozīmē, ka katra sadursme ir maiga vai ka augšana turpinās bez šķēršļiem.[4]

Augot daļiņas var aizdreifēt

Vietās, kur gāzes spiediens samazinās, attālinoties no zvaigznes, spiediena uzturētā gāze riņķo nedaudz lēnāk nekā ķermenis, kuru orbītā notur tikai tā kustība. Cieto daļiņu, kas mijiedarbojas ar šo gāzi, ietekmē pretvējš, tāpēc tā var dreifēt uz iekšu. Visneaizsargātāko daļiņu fiziskais izmērs ir atkarīgs no vietējiem gāzes apstākļiem.[2]

Termins “metra izmēra barjera” apzīmē šīs augšanas un dreifēšanas grūtības. Tā nav universāls šķērslis, kas rodas, sasniedzot tieši viena metra izmēru, un ne katrai daļiņai līdz nokļūšanai savā zvaigznē paliek vienādi maz laika.[2]

Viens daudzsološs veidošanās ceļš sākas ar daudzu daļiņu koncentrēšanu, bet to apvienošanu noslēdz gravitācija. Spiediena maksimums var palīdzēt aizturēt dreifējošās cietās daļiņas. Piemērotos apstākļos gāzes un daļiņu mijiedarbība var vēl vairāk pastiprināt to koncentrēšanos.[5]

Plūsmas nestabilitāte maina pašu plūsmu

Putekļus ietekmē gāzes aerodinamiskā pretestība, taču tie savukārt ietekmē arī gāzi. Šī plūsmas nestabilitāte rodas šīs savstarpējās mijiedarbības un relatīvās kustības dēļ. Tā var pastiprināties arī bez pašgravitācijas: sākumā tas ir daļiņu koncentrēšanās veids, nevis pati gravitācijas kolapsēšana.[6]

Ja sakopojums kļūst pietiekami blīvs, tā paša gravitācija var pārvarēt izkliedēšanos un orbītas bīdes postošo ietekmi. Skaitliskie modeļi rāda, ka tad no daļiņu sakopojumiem var veidoties gravitācijas saistīti planetesimāli. To masa un izmērs ir atkarīgi no modelētā diska un kolapsa apstākļiem.[7]

Nav universāla koncentrēšanās sliekšņa

Svarīgi ir visi šie faktori: daļiņu un gāzes saistība, cietās vielas daudzums, turbulence un fona spiediena gradients. Modelēšanā pēta, kādas to kombinācijas izraisa spēcīgu daļiņu koncentrēšanos. Noteiktie sliekšņi ir spēkā konkrētos apstākļos; putekļu procentuālais daudzums vien nevar noteikt iznākumu katrā reālā diskā.[8], [9]

Iedomājieties divus cietus ķermeņus, kas tuvojas viens otram. Bez savstarpējās pievilkšanās to virsmas saskartos tikai tad, ja tie kustētos pa šauru trajektoriju joslu. Gravitācija izliec to trajektorijas, tāpēc daži ķermeņi, kas citādi tikai nedaudz palidotu garām, saduras. Šādu sadursmes mērķa palielināšanos sauc par gravitācijas fokusēšanu.[10]

Izolētā divu ķermeņu uzdevumā ar vienkāršu gravitācijas trajektorijas novirzīšanu vien nepietiek, lai uz visiem laikiem notvertu sākotnēji gravitācijas ziņā nesaistītu ķermeni. Lai ķermeni notvertu ilgstoši, sadursmei, gāzes pretestībai vai mijiedarbībai ar citu ķermeni jāmaina attiecīgā enerģijas bilance.[11]

Augošs ķermenis kļūst par lielāku fizisku mērķi, un tam var būt spēcīgāka gravitācijas fokusēšana. Kad šīs priekšrocības dēļ tā relatīvā augšana kļūst straujāka nekā mazākiem blakus esošajiem ķermeņiem, ķermeņu populācijā sākas paātrināta augšana. Daži ķermeņi sāk izcelties ar savu masu.[12]

Dinamiskā ierosināšana un slāpēšana konkurē

Gravitācijas tuvošanās pastiprina haotisku kustību. Gāzes pretestība, neelastīgas sadursmes un kustības apmaiņa starp dažāda lieluma ķermeņiem var slāpēt vai pārdalīt šo ierosinājumu. Šo procesu līdzsvars maina sadursmju biežumu un nosaka, vai tuvošanās ir pietiekami mierīgas, lai ķermeņi varētu pievienot vielu.[10]

Ķermeņa barošanās zona ir apgabals, no kura viela var to viegli sasniegt. Tā nav nemainīga robeža: izkliede, migrācija un ienākošās cietās daļiņas var mainīt to, kāda viela kļūst pieejama. Kad viela no tuvākās apkārtnes ir aizvākta, viens augšanas posms var palēnināties, bet sistēmas evolūcija var turpināties.[13]

Akmentiņu akrēcija izmanto gravitāciju un gāzes pretestību. Kad maza cieta daļiņa palido garām lielākai uzmiesei, gāzes pretestība var pietiekami samazināt tās relatīvo kustību, lai tā sāktu lēni krist uz uzmiesi, nevis pēc tuvošanās aizlidotu prom. Labvēlīgos apstākļos tas var būt efektīvs masas palielināšanas veids.[14]

Šīs kategorijas raksturo augšanas procesus un aerodinamisko uzvedību, nevis universālu skalu, kas iedalītu daļiņas pēc viena precīzi noteikta diametra.[15], [12]

Ar gravitācijas apgabala sasniegšanu vien nepietiek

Lielums, ko sauc par Hila rādiusu , raksturo mērogu, kurā uzmieses gravitācija konkurē ar zvaigznes plūdmaiņu iedarbību. Bondi mērogs ļauj salīdzināt gravitācijas iedarbību ar gāzes spiedienu vai relatīvo kustību ķermeņu sastapšanās laikā atkarībā no aplūkojamā uzdevuma. Neviens no tiem nav virsma, kas automātiski uztver visu, kas to šķērso.[15]

Veiksmingas akmenukų surinkimas priklauso nuo bendros pasipriešinimo jėgos, kūnų susitikimo trukmės ir užuomazgos gravitacijos poveikio. Todėl akmenukų akrecijai reikia jau susidariusios užuomazgos; pati savaime ji nepaaiškina, kaip iš mikroskopinių grūdelių susidarė pirmoji užuomazga.[14]

Medžiagos tiekimas taip pat nėra neribotas. Kiti kūnai gali perimti dreifuojančią medžiagą, o pakankamai didelę įtaką daranti planeta gali pakeisti disko slėgio profilį ir trukdyti akmenukams tekėti į vidų. Net ir spartaus augimo mechanizmas priklauso nuo jį pasiekiančios medžiagos.[16]

Susidūrimo baigtį padeda nulemti smūgio greitis, kampas, masių santykis ir vidinė sandara. Todėl kiekvieną susidūrimą laikant visišku susiliejimu galima susidaryti klaidingą planetų formavimosi vaizdą.[17]

Šios baigtys sudaro tolydžią seką. Kai kurie fragmentai gali sugrįžti arba vėliau būti surinkti kitų kūnų, o kiti pašalinami iš vietinio augimo proceso.[17]

Mažų kūnų vidus taip pat turi savo raidos istoriją

Ankstyvąsias planetesimales galėjo įkaitinti radioaktyvusis skilimas, ypač aliuminio-26 skilimas. Kai kurios išsilydė ir išsisluoksniavo į daug metalų turinčius branduolius bei uolines išorines sritis; kitose vyko vandens ir mineralų reakcijos. Taigi palyginti nedidelis kūnas galėjo tapti chemiškai sudėtingas gerokai anksčiau, nei susidarė galutinės planetos.[18], [19]

Tokie asteroidai kaip „Bennu“ gali išsaugoti ankstyvąsias sudedamąsias medžiagas ir kartu liudyti didesnio motininio kūno pakitimus bei suardymą. Šių pokyčių tyrimas padeda atkurti jų kilmę.[19]

Laboratorijose tikrinami sąlyčio dėsningumai

Eksperimentais nustatoma, kada agregatai sulimpa, atšoka, sutankėja ar suskyla. Šie rezultatai apriboja susidūrimų modelius, kuriuos tyrėjai vėliau taiko įvairioms disko sąlygoms. Eksperimentas gali patikrinti medžiagos elgseną neatkurdamas visos planetų sistemos.[3]

„Arrokoth“ liudija švelnų susijungimą

Zondas „New Horizons“ 2019 metais aplankė Koiperio juostos objektą „Arrokoth“. 2020 m. paskelbtoje analizėje susijungusios jo skiltys ir kitos savybės buvo vertinamos kaip švelnų susijungimą rodantys požymiai, derantys su susidarymu dėl vietinio debesies kolapso. Tai vertingas apribojimas ankstyvojo kūnų telkimosi modeliams, o ne vienareikšmis srautinio nestabilumo įrodymas.[20]

Pabėgę mėginiai atskleidžia ir sudedamąsias medžiagas, ir jų pakitimus

Zonde OSIRIS-REx 2023. gadā atgādāja materiālu no asteroīda „Bennu“. Sākotnējā parauga izpētē, par kuru paziņoja 2024. gadā, tika atklāts daudz oglekļa saturoša materiāla un minerāli, kas liecina par ūdens izraisītām pārmaiņām tā pirmķermenī. Paraugos saglabājusies informācija gan par sastāvdaļām, gan par procesiem, kam tās bijušas pakļautas.[19]

Asteroīda „Ryugu“ paraugi, ko atgādāja zonde „Hayabusa2“, arī atklāj vērienīgas pārmaiņas, kas notikušas ūdens ietekmē. Šie atradumi parāda, kāpēc „sena“ un „nemainīta“ ir atšķirīgi apgalvojumi: minerālos saglabājusies vēsture var būt tikpat informatīva kā sākotnējais materiāls.[21]

Tāli diski atklāj vidi, bet ne katru būvelementu

Ar teleskopiem var kartēt putekļu sakopojumus jaunos diskos un putekļus, kas radušies sadursmēs vecākās atlūzu sistēmās. Parasti tie neļauj atšķirt atsevišķas, kilometrus lielas planetezimāles attālās sistēmās. Pētnieki salīdzina šīs netiešās pazīmes ar modeļiem un vienlaikus pārbauda, vai tos pašus novērojumus varētu izskaidrot dažādi fizikāli procesi.[22], [23]

Planetezimāles un no tām veidojošies planētu aizmetņi var kļūt par akmeņaino planētu un milzu planētu cieto kodolu daļu. Planetezimāļu akrēcijas, akmentiņu uztveršanas un aizmetņu saplūšanas relatīvā nozīme dažādās sistēmās var atšķirties.[13]

Milzu planētām jāuzkrāj gāze, kamēr tā vēl ir pieejama

Kodols var saglabāt gāzes arī tad, ja tas nav sasniedzis vienu universālu robežu — desmit Zemes masas. Masīva gāzu apvalka veidošanās ir atkarīga no atdzišanas, nepārtrauktas cietās vielas akrēcijas un gāzes rezervēm diskā. Tāpēc milzu planētas augšanai jāatbilst tās diska attīstībai un dzīves ilgumam.[24]

Akmeņainas pasaules var turpināt veidoties arī pēc gāzu izkliedēšanās

Aizmetņi var turpināt izkliedēties un sadurties arī pēc tam, kad lielākā daļa pirmatnējo gāzu ir izklīdusi. No citurienes atnests materiāls var piegādāt ūdeni saturošus minerālus, ledu un organiskos savienojumus. Šī materiāla devums un piegādes laiks atšķiras; Zemes ūdens izcelsmi nevar izskaidrot ar vienu universālu, visām planētām kopīgu avotu.[13]

Daļa materiāla paliek mazākos ķermeņos

Ne katrs aizmetnis kļūst par daļu no lielas planētas. Atlikušās mazo ķermeņu populācijas saduras, un to orbītas mainās; dažkārt tā rezultātā veidojas novērojamas atlūzu joslas. Šie izdzīvojušie ķermeņi ļauj pētīt planētu veidošanās iznākumu, ko ir viegli nepamanīt, ja visa uzmanība pievērsta tikai lielākajām pasaulēm.[23]