Planetesimale werden in ihrem Nebel vom Wind umgeschüttelt und schleudern Trümmer in den Weltraum: Studie

Bevor sich um einen jungen Stern Planeten bilden, ist die protosolare Scheibe mit unzähligen Planetesimalen bevölkert. Im Laufe der Zeit verbinden sich diese Planetesimale zu Planeten, und die zentrale Akkretionstheorie erklärt, wie das geschieht. Aber bevor es Planeten gibt, ist die Scheibe voller Planetesimale ein chaotischer Ort.

Die Geschichte des Zusammenstoßes felsiger Objekte ist in den Kratern geschrieben, die die Oberflächen der Planeten und Monde vernarben. Aber das ist die Makroskala der Geschichte. Bei Planetesimalen geht es um mehr als nur um ihre letztendliche Ansammlung zu Planeten.

Neue Forschungen zeigen, dass diese kleinen Körper Gegenwinden aus Gas und Partikeln in der protosolaren Scheibe ausgesetzt sind, die auf sie treffen und felsige Trümmer in den Weltraum schleudern können. Dies ist eine neue Falte in unserem Verständnis der Entstehung von Gesteinsplaneten.

(Eine Anmerkung zur Terminologie: Eine protoplanetare Scheibe ist die Scheibe aus Gas und Staub, die existiert, während sich der Stern im Zentrum bildet. Eine protoplanetare Scheibe ist dieselbe Scheibe, nachdem sich der Stern gebildet hat, aber während sich noch Planeten bilden.)

Die Studie lautet „Winderosion und Transport auf Planetesimalen“. Es ist veröffentlicht im Tagebuch Ikarusund die Hauptautorin ist Alice Quillen, Professorin für Astronomie und Astrophysik an der University of Rochester.

Die neue Studie betrifft Planetesimale mit einem Durchmesser zwischen 10 und 100 km, die im protosolaren Nebel eingebettet sind. In diesen Nebeln sind die Sterne noch keine echten Sterne. Es handelt sich um junge Sternobjekte, die keiner Kernfusion unterliegen. Es sind also keine Sternenwinde, die sie treffen; Es sind die Gegenwinde im Nebel selbst. Diese Gegenwinde bestehen aus Gas und Staub in der Scheibe und entstehen durch den Geschwindigkeitsunterschied zwischen dem Material in der Scheibe und dem Planetesimal. Auch Temperatur- und Druckunterschiede in verschiedenen Regionen der protosolaren Scheibe tragen dazu bei.

„Wir erwägen die Möglichkeit, dass äolische (vom Wind verursachte) Prozesse auf kleinen Planetesimalen mit einem Durchmesser von 1 bis 100 km auftreten, wenn sie in den protosolaren Nebel eingebettet waren“, schreiben die Autoren.

Planetesimale entstehen durch Kohäsion. Wenn kleine Teilchen im protosolaren Nebel miteinander kollidieren, kleben sie zusammen. Aber ein junger Nebel ist ein chaotischer, unordentlicher Ort. Es gibt Kollisionen, die den Planetesimalen entweder mehr Material hinzufügen oder Material entfernen können. Teilchen und Gas können Drehimpulse austauschen, außerdem herrscht Gasdruck. In dieser Phase, die mehrere Millionen Jahre dauern kann, passiert viel.

Mit der Zeit kleben genügend Teilchen zusammen, dass ein Planetesimal entsteht.

Aber in der jungen Scheibe herrscht Gasdruck, und wenn sich ein Planetesimal durch sie bewegt, erlebt es ihn als Gegenwind voller Teilchen. Dieser Gegenwind ist stark genug, um den Oberflächenzusammenhalt des Planetesimals zu überwinden.

„Der äolische (windgetriebene) Teilchentransport hat auf vielen Körpern im Sonnensystem stattgefunden, darunter auf der Erde, dem Mars, der Venus, Triton, Titan, Pluto, Io und dem Kometen 67P/ChuryumovGerasimenko“, schreiben die Autoren. „Die Allgegenwärtigkeit äolischer Prozesse im Sonnensystem legt nahe, dass planetesimale Oberflächen durch Gegenwinde protostellarer Scheiben und die darin enthaltenen Partikel verändert werden können.“

Den Autoren zufolge ist der Gegenwind in einer protostellaren Scheibe stark genug, um Partikel mit einer Größe von cm und kleinerer Größe von Planetesimalen abzuheben. Dies kann auf einem Planetesimal mit einem Durchmesser von 10 km im inneren Sonnensystem passieren.

Darüber hinaus geschieht im äußeren Sonnensystem etwas anderes. Partikel im Gegenwind treffen auf die Planetesimale und entfernen mikrometergroße Partikel von der Oberfläche. Diese Teilchen können in den Weltraum geschleudert oder wieder auf der Oberfläche des Planetesimals verteilt werden.

Bei Planetesimalen mit einem Durchmesser von weniger als etwa 6 km führt die Erosion durch Partikel im Gegenwind eher zu Massenverlust als zu Massenansammlung. Faktoren wie Windgeschwindigkeit, Gegenwindpartikelgröße und Materialgröße beeinflussen den Gesamtprozess.

Als Beispiel verweisen die Autoren auf Arrokoth, ein bekanntes Kuipergürtelobjekt. Es handelt sich um ein transneptunisches Objekt, das wahrscheinlich im äußeren Sonnensystem entstanden ist. Es entstand wahrscheinlich, als zwei Objekte mit relativ geringer Geschwindigkeit kollidierten. „Zu den auffälligsten Merkmalen von Arrokoth gehört das glatte und wellige Gelände auf seinem größeren Lappen (oder Kopf), auch Wenu genannt“, schreiben die Autoren.

Arrokoth ist nicht nur ein transneptunisches Objekt; Es ist ein Komet der Jupiter-Familie. Diese Kometen waren ursprünglich Kuipergürtel-Objekte, wurden aber durch die Schwerkraft der großen Gasriesen in das innere Sonnensystem gezogen. Während andere Kometen der Jupiter-Familie Klippen, Felsbrocken und Abgründe auf ihrer Oberfläche haben, ist die Oberfläche von Arrokoth im Vergleich dazu seltsam glatt. Es gibt Hinweise darauf, dass Arrokoth entstand, als die Scheibe um das junge Sternobjekt, das zur Sonne werden sollte, optisch dick war. Daher blieb seine Oberfläche von der Leuchtkraft der jungen Sonne unberührt. Das deutet darauf hin, dass ein anderer Prozess seine Oberfläche geformt hat.

„Winde von einer protostellaren Scheibe könnten für das glatte, wellige Gelände des Kuipergürtel-Objekts (486958) Arrokoth verantwortlich sein“, schreiben sie, aber nur, wenn es viele Partikel gab und nur wenn ihre Geschwindigkeit niedrig war.

Diese Forschung ist äußerst detailliert. Aber insgesamt zeigt es, dass äolische Prozesse die Oberflächen von Planetesimalen verändern können und eine Rolle bei der Planetenentstehung spielen. Es spielen viele Variablen eine Rolle, wie Gegenwindgeschwindigkeit, Gasdruck, Partikelgröße und Planetesimalgeschwindigkeit. Manchmal werden die Teilchen aus dem Planetesimal entfernt; manchmal spritzen sie zurück auf die Oberfläche.

Die Hauptvariable ist die Entfernung vom Protostern. Es spielt dabei eine große Rolle. „Die Erosions- oder Akkretionsraten sind im inneren Sonnensystem höher, wo die Dichte der Scheibe höher ist“, schreiben die Autoren.

„Wechselwirkungen zwischen partikelreichen Gegenwinden und Planetesimalen werden wahrscheinlich eine Vielzahl interessanter Phänomene hervorrufen, die im Mittelpunkt künftiger Studien stehen könnten“, schließen die Autoren.