Akrecija planetesimalov

Zelo majhna zrnca se lahko srečajo zaradi naključnega toplotnega gibanja, imenovanega Brownovo gibanje. Po nežnem trku jih lahko površinske sile držijo skupaj. Ko skupki rastejo, zaradi usedanja, turbulence in neenakomernega gibanja v plinu prihaja do novih trkov.[2]

Nie vsi trki povećajo mase. Skupki se lahko stisnejo in odbijejo, izgubijo material ali razpadejo. Rezultat je odvisen od hitrosti trka, velikosti delcev, poroznosti in sestave. Način rasti, ki deluje pri eni vrsti prahu, pri drugih morda ne bo primeren.[3]

Led spremeni razmere, vendar ne odpravi težav

Zunaj snežne meje določene snovi lahko led postane del zrnca ali skupka. Njegov vpliv na zlepljanje je odvisen od snovi in temperature. Beseda »ledeno« sama po sebi ne pomeni, da je vsak trk nežen ali da se rast nadaljuje brez ovir.[4]

Delci lahko med rastjo odnašajo navznoter

Kjer se tlak plina z oddaljenostjo od zvezde zmanjšuje, se plin, ki ga podpira tlak, giblje nekoliko počasneje od telesa, ki ga v orbiti podpira zgolj njegovo gibanje. Na trden delec, ki je v stiku s tem plinom, deluje nasprotni tok, zato se lahko pomika navznoter. Fizična velikost najbolj izpostavljenih delcev je odvisna od lokalnih razmer v plinu.[2]

Izraz »ovira velikosti enega metra« zajema te težave pri rasti in odnašanju. Ne gre za univerzalno oviro, ki bi se pojavila, ko bi delec dosegel natanko en meter, niti nima vsak delec pred tem, ko pade v svojo zvezdo, enako malo časa.[2]

Ena obetavnih poti nastanka se začne z združevanjem številnih delcev, njihovo zlepljanje pa dokonča gravitacija. Tlačni maksimum lahko pomaga zadrževati trdne delce, ki odnašajo navznoter. V ustreznih razmerah lahko medsebojno delovanje plina in delcev še okrepi njihovo kopičenje.[5]

Pretočna nestabilnost spreminja sam tok

Na prah deluje aerodinamični upor plina, vendar tudi prah vpliva na plin. Ta pretočna nestabilnost nastane zaradi tega medsebojnega delovanja in relativnega gibanja. Okrepi se lahko tudi brez lastne gravitacije: sprva gre za način kopičenja delcev, ne pa za sam gravitacijski kolaps.[6]

Če postane skupina dovolj gosta, lahko njena lastna gravitacija premaga razprševanje in razdiralni vpliv orbitalnega striga. Numerične simulacije kažejo, da lahko iz skupin delcev nato nastanejo gravitacijsko vezane planetesimale. Njihova masa in velikost sta odvisni od modeliranega diska in pogojev kolapsa.[7]

Ni univerzalnega praga za kopičenje

Pomembni so vsi ti dejavniki: sklopitev delcev s plinom, količina trdne snovi, turbulenca in gradient tlaka v ozadju. Z modeliranjem preučujejo, katere kombinacije dejavnikov povzročijo močno kopičenje delcev. Ugotovljeni pragovi veljajo v posebnih razmerah; samo delež prahu ne more določiti izida v vsakem resničnem disku.[8], [9]

Predstavljajte si dve trdni telesi, ki se približujeta. Brez medsebojne privlačnosti bi se njuni površini dotaknili le, če bi se gibali po ozkem pasu trajektorij. Gravitacija ukrivi njuni trajektoriji, zato pride do trkov tudi med nekaterimi telesi, ki bi sicer komaj zgrešila drugo drugo. Takšno povečanje tarče za trk imenujemo gravitacijsko fokusiranje.[10]

V izoliranem problemu dveh teles zgolj gravitacijsko odklanjanje trajektorije ne more za vedno ujeti telesa, ki sprva ni bilo gravitacijsko vezano. Da bi bilo telo ujeto za dalj časa, morajo trk, upor plina ali interakcija z drugim telesom spremeniti ustrezno energijsko bilanco.[11]

Rastoče telo postane večja fizična tarča in lahko kaže močnejše gravitacijsko fokusiranje. Ko zaradi te prednosti njegova relativna rast postane hitrejša od rasti manjših sosednjih teles, se v populaciji teles začne pospešena rast. Nekatera telesa začnejo po masi izstopati iz množice.[12]

Dinamično spodbujanje in zaviranje tekmujeta

Gravitacijska približevanja okrepijo neurejeno gibanje. Upor plina, neelastični trki in izmenjava gibanja med telesi različnih velikosti lahko to vzbujanje ublažijo ali prerazporedijo. Ravnovesje med temi procesi spremeni pogostost trkov in določa, ali so približevanja dovolj nežna, da lahko telesa snov združijo.[10]

Prehranjevalno območje telesa je območje, od koder lahko snov zlahka doseže telo. To ni nespremenljiva meja: razprševanje, migracija in prihajajoči trdni delci lahko spremenijo, katera snov je dostopna. Ko se snov odstrani iz neposredne okolice, se lahko ena stopnja rasti upočasni, razvoj sistema pa se nadaljuje.[13]

Akrecija kamenčkov izkorišča gravitacijo in upor plina. Ko majhen trdni delec leti mimo večjega zarodka, lahko upor plina dovolj upočasni njegovo relativno gibanje, da začne počasi padati proti zarodku, namesto da bi po približanju odletel stran. Ob ugodnih pogojih je to lahko učinkovit način povečevanja mase.[14]

Te kategorije opisujejo procese rasti in aerodinamično vedenje, ne pa univerzalne lestvice, ki bi delce razvrščala po enem natančno določenem premeru.[15], [12]

Samo vstop v gravitacijsko območje ne zadostuje

Velikost, imenovana Hillov polmer , označuje merilo, pri katerem gravitacija zarodka tekmuje s plimskim vplivom zvezde. Bondijevo merilo omogoča primerjavo vpliva gravitacije s tlakom plina ali relativnim gibanjem med srečanjem teles, odvisno od obravnavanega problema. Nobeno od teh meril ni površina, ki samodejno zajame vse, kar jo prečka.[15]

Uspešno zajemanje kamenčkov je odvisno od skupne sile upora, trajanja srečanja teles in vpliva gravitacije zarodka. Zato akrecija kamenčkov zahteva že oblikovan zarodek; sama po sebi ne pojasni, kako je iz mikroskopskih zrn nastal prvi zarodek.[14]

Tudi zaloga snovi ni neomejena. Druga telesa lahko prestrežejo snov, ki se pomika navznoter, planet z dovolj velikim vplivom pa lahko spremeni tlačni profil diska in ovira pretok kamenčkov navznoter. Tudi mehanizem hitre rasti je odvisen od snovi, ki ga doseže.[16]

O izidu trka odločajo hitrost in kot trka, razmerje mas ter notranja zgradba. Če zato vsak trk obravnavamo kot popolno zlitje, si lahko ustvarimo napačno predstavo o nastanku planetov.[17]

Ti izidi tvorijo neprekinjen spekter. Nekateri drobci se lahko znova združijo ali pa jih pozneje zberejo druga telesa, drugi pa so odstranjeni iz lokalnega procesa rasti.[17]

Tudi notranjost majhnih teles ima svojo razvojno zgodovino

Zgodnje planetesimale je lahko segrevalo radioaktivno razpadanje, zlasti razpad aluminija-26. Nekatere so se stalile in razslojile v kovinsko bogata jedra ter kamnite zunanje plasti; pri drugih so potekale reakcije med vodo in minerali. Tako je lahko tudi razmeroma majhno telo postalo kemično kompleksno veliko prej, preden so nastali končni planeti.[18], [19]

Asteroidi, kot je »Bennu«, lahko ohranijo zgodnje sestavine, hkrati pa pričajo o spremembah in razdrobitvi večjega matičnega telesa. Preučevanje teh sprememb pomaga rekonstruirati njihov izvor.[19]

V laboratorijih preverjajo zakonitosti stikov

Z eksperimenti ugotavljamo, kdaj se agregati sprimejo, odbijejo, stisnejo ali razdrobijo. Ti rezultati omejujejo modele trkov, ki jih raziskovalci nato uporabijo za različne razmere v disku. Z eksperimentom lahko preverimo vedenje snovi, ne da bi poustvarili celoten planetni sistem.[3]

»Arrokoth« priča o nežni združitvi

Sonda »New Horizons« je leta 2019 obiskala objekt Kuiperjevega pasu »Arrokoth«. V analizi, objavljeni leta 2020, so njegove zlepljene režnje in druge značilnosti razlagali kot znake nežne združitve, skladne z nastankom zaradi kolapsa lokalnega oblaka. To je pomembna omejitev za modele zgodnjega združevanja teles, ne pa nedvoumen dokaz pretočne nestabilnosti.[20]

Parabenti vzorci razkrivajo tako sestavine kot njihove spremembe

Sonda OSIRIS-REx je leta 2023 na Zemljo prinesla vzorce asteroida »Bennu«. Med predhodno analizo vzorca, objavljeno leta 2024, so odkrili veliko snovi, bogate z ogljikom, in minerale, ki pričajo o spremembah zaradi vode na njegovem matičnem telesu. Vzorci so ohranili podatke tako o sestavinah kot o procesih, ki so jim bile te podvržene.[19]

Vzorci asteroida »Ryugu«, ki jih je sonda »Hayabusa2« prinesla na Zemljo, prav tako razkrivajo obsežne spremembe, ki so potekale ob prisotnosti vode. Te ugotovitve kažejo, zakaj sta »starodavno« in »nespremenjeno« različni trditvi: zgodovina, zapisana v mineralih, je lahko prav tako povedna kot prvotna snov.[21]

Oddaljeni diski razkrivajo okolje, ne pa vsakega gradnika

S teleskopi je mogoče izdelati zemljevide prašnih zgostitev v mladih diskih in prahu, nastalega pri trkih v starejših sistemih drobirja. Navadno pa ne omogočajo razločevanja posameznih planetezimalov kilometrskih razsežnosti v oddaljenih sistemih. Raziskovalci te posredne znake primerjajo z modeli in hkrati preverjajo, ali bi lahko iste opazovalne rezultate pojasnili različni fizikalni procesi.[22], [23]

Planetezimali in planetni zametki, ki nastanejo iz njih, lahko postanejo del skalnatih planetov in trdnih jeder orjaških planetov. Relativni pomen akrecije planetezimalov, zajemanja kamenčkov in združevanja planetnih zametkov se lahko med sistemi razlikuje.[13]

Orjaški planeti morajo zbrati plin, dokler je ta še na voljo

Jedru ni treba doseči ene same univerzalne meje desetih Zemljinih mas, da bi sploh lahko zadržalo plin. Nastanek masivnega plinskega ovoja je odvisen od ohlajanja, nadaljnje akrecije trdne snovi in zaloge plina v disku. Zato mora biti rast orjaškega planeta skladna z razvojem in življenjsko dobo njegovega diska.[24]

Skalnati svetovi lahko nastajajo še naprej tudi po razpršitvi plina

Planetni zametki se lahko še naprej razpršujejo in trkajo tudi po tem, ko večina prvotnega plina izgine. Snov, prinesena od drugod, lahko prinese minerale z vsebnostjo vode, led in organske spojine. Prispevek teh snovi in čas njihovega vnosa se razlikujeta; izvora vode na Zemlji ni mogoče pojasniti z enim samim univerzalnim virom, skupnim vsem planetom.[13]

Del snovi ostane v manjših telesih

Vsak zametek ne postane del velikega planeta. Preostale populacije majhnih teles doživljajo trke, njihove orbite pa se spreminjajo; včasih zaradi tega nastanejo opazni pasovi drobirja. Ta preživela telesa omogočajo preučevanje rezultatov nastajanja planetov, ki jih zlahka spregledamo, kadar je vsa pozornost usmerjena le v največje svetove.[23]