Soweit ich weiß, kleben während der Bildung einer Planetenscheibe Staubkörner aufgrund von Kollisionen und chemischer Bindung zusammen. In Anbetracht der Größe des Korns – sagen wir 1 mm – und der Geschwindigkeit – 1 cm pro Sekunde – scheint es, dass die Schwerkraft während der Akkretion eine untergeordnete Rolle spielt. Meine Frage ist, inwieweit spielt die Schwerkraft bei der Akkretion eine Rolle? Inwieweit hängt es mit der Fragmentierung zusammen? Mit anderen Worten - wie wirkt sich die Schwerkraft darauf aus, ob die Fragmente zurückkehren und am Hauptkörper haften bleiben? Gibt es eine Größenbarriere oder ist sie nur von der Geschwindigkeit abhängig?
Die allererste Stufe der Planetenbildung beinhaltet rein unelastische (dh klebrige) Kollisionen zwischen Paaren kleiner Staubpartikel, um etwas größere Staubpartikel zu erzeugen, paarweise Kollisionen zwischen diesen etwas größeren Partikeln, um noch größere Partikel zu erzeugen, und so weiter. Bisher kommt nur die Gravitation des zentralen Protosterns und der Scheibe als Ganzes ins Spiel. Die Gravitation dieser kleinen Objekte ist sehr gering.
Dann passiert etwas Magisches, das die kleinen Felsen, die aus dieser allerersten Stufe resultieren, zu Planetesimalen heranwachsen lässt, die tatsächlich gravitieren. Wie wachsen aus kleinen Felsen (einige Zentimeter Durchmesser) kleine Planetesimale (einige hundert Meter Durchmesser)? Dies ist das zentrale offene Problem in der Theorie der Planetenentstehung.
Der Kern des Problems besteht darin, dass sich Objekte von der Größe einer Staubkorngröße bis zu einem Objekt von der Größe eines kleinen Kieselsteins mit dem Gas bewegen, das den Großteil der Scheibe bildet. Der nach außen gerichtete Druck des Gases in der Scheibe bewirkt, dass sich das Gas und kleine Objekte mit etwas weniger als der Umlaufgeschwindigkeit bewegen. Sobald ein Objekt die Zentimeterskala oder so erreicht, bietet der Druck des Gases nicht mehr die Unterstützung, die erforderlich ist, um diese Objekte mit dieser leicht suborbitalen Geschwindigkeit in Bewegung zu halten. Die Objekte beginnen sich vom Gas zu trennen. Wenn ein Objekt einen Durchmesser von etwa einem Meter erreicht, entspricht das Gas einem orkanartigen Gegenwind.
Eine Folge davon ist, dass Kollisionen immer heftiger werden, wenn Objekte größer als ein Zentimeter werden, und daher eher dazu führen, dass kollidierende Objekte auseinanderbrechen, als sie zu verschmelzen. Ein noch größeres Problem ist, dass dieser Gegenwind zentimeter- bis metergroße Objekte sehr schnell in den Protostern hineinwirbeln lässt (einige hundert Jahre ab 1 AE). Es wurde eine Reihe von Vorschlägen gemacht, um dieses Zählerschrankenproblem zu überwinden. Bisher scheint keiner hängen geblieben zu sein. (Sorry für das Wortspiel.)
Sobald Objekte eine kritische Größe erreichen, nimmt der Widerstand des Gases dank des Quadratwürfelgesetzes an Bedeutung ab und die Anziehungskraft der Schwerkraft nimmt zu. Diese kritische Größe variiert von Hunderten von Metern bis zu Dutzenden von Kilometern, je nachdem, welche Zeitung man liest (Experten sind unterschiedlich). Diese Objekte sind „Planetensimale“, und es gibt viele davon. Diese lassen sich wiederum leicht kombinieren, um planetarische Embryonen zu bilden. Von da an ist es nur noch ein Aufräumprozess, da die Gravitation diese Planetesimale / Planetenembryos entweder dazu bringt, sich zu verbinden oder sie aus dem Sternensystem auszustoßen.
Dheeraj Kumar
LR