Los planetas se forman cuando el polvo y la roca que se encuentran en un disco alrededor de una estrella joven colisionan y se combinan para formar cuerpos cada vez más grandes. Esta llamada acreción aún no se entiende del todo. Los astrofísicos de la Universidad de Duisburg-Essen lograron realizar observaciones significativas de la velocidad de colisión y la carga eléctrica de las partículas mediante experimentos en un vuelo suborbital. Sus resultados se acaban de publicar en Nature Astronomy.
Para que un grano de polvo del tamaño de un micrómetro se convierta en un planeta con un diámetro de 10.000 kilómetros, se necesitan millones de años. Todo comienza en una nube en forma de disco de gas (99%) y polvo (1%): el disco protoplanetario. Allí, las partículas de polvo colisionan y forman aglomerados. Las nubes de estos aglomerados finalmente colapsan y forman cuerpos más grandes, llamados planetesimales, que ya pueden tener un diámetro de 1 a 100 kilómetros. Mediante la gravedad, los planetesimales atraen más materia, crecen hasta convertirse en protoplanetas y, más tarde, en planetas completos.
Durante los procesos en el disco, las partículas superan una barrera de colisión. «En realidad, los granos de polvo mayores de un milímetro no pueden crecer en absoluto, ya que rebotan entre sí o se rompen», explican los astrofísicos Prof. Dr. Gerhard Wurm y PD Dr. Jens Teiser. «Pero como siguen chocando, se cargan de forma diferente y se atraen entre sí».
El equipo ya había observado la adhesión debido a la carga electrostática en experimentos anteriores con torres de caída libre. Como allí solo se pudieron medir unos nueve segundos en microgravedad, no pudieron examinar el tamaño final y la estabilidad de los cuerpos en crecimiento.
Los experimentos del estudio actual se llevaron a cabo de forma muy diferente: se llevaron a cabo durante el vuelo suborbital de un cohete sonda de la Agencia Espacial Europea (ESA). «Mientras el cohete ascendía y regresaba de una altitud de 270 kilómetros, nos ofreció seis minutos de microgravedad para controlar y supervisar nuestros experimentos desde tierra», dice Teiser.
El equipo de la UDE pudo así observar directamente el crecimiento de aglomerados compactos de unos 3 centímetros de tamaño y medir exactamente la velocidad máxima a la que las partículas individuales pueden colisionar sin destruir nada.
«Los aglomerados son tan estables que pueden soportar el bombardeo de partículas individuales a velocidades de hasta 0,5 metros por segundo. Cualquier velocidad superior los erosiona», subraya el astrofísico Wurm. «Además, hemos realizado simulaciones numéricas que muestran que las colisiones generan una fuerte carga electrostática y atracción».
«Nos sorprendió encontrar velocidades tan específicas para la erosión», añade Teiser. «Sobre todo porque son valores cercanos a los utilizados en simulaciones anteriores para la fragmentación, es decir, la fragmentación de partículas u objetos». Esto significa que las condiciones físicas son similares a aquellas en las que se erosiona o fragmenta el material de la nube en forma de disco alrededor de una estrella joven.
Los resultados del equipo de la UDE se incorporan a los modelos físicos de discos protoplanetarios y crecimiento de partículas y, de este modo, ayudan a comprender los detalles de la formación de planetas.
Con información de Nature
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