Πώς η σκόνη δημιουργεί πλανήτες;

Όταν ένα αστέρι γεννιέται, περιβάλλεται από αέρια (κυρίως υδρογόνο και ήλιο) και στερεά υλικά, σε μορφή σωματιδίων και σκόνης. Η εκτιμώμενη αναλογία μάζας αερίων προς σκόνη είναι περίπου 100:1.

Από μία μπάλα σφαιρικού σχήματος η οποία περιστρέφεται γύρω από τον νέο αστέρα, σταδιακά δημιουργείται ένας δίσκος, που ονομάζεται πρωτοπλανητικός δίσκος (Εικόνα 1). Τα μεγέθη τέτοιων δίσκων ποικίλλουν, καθώς μπορεί να είναι σε ακτίνα μέχρι και εκατοντάδες φορές την απόσταση Ήλιου-Γης (περίπου 150 εκατομμύρια χιλιόμετρα).

Για τα αστρονομικά δεδομένα, οι δίσκοι αυτοί έχουν μικρή διάρκεια ζωής (περίπου 10 εκατομμύρια χρόνια), ενώ για μέτρο σύγκρισης, ένας κοινός αστέρας σαν τον Ήλιο μας ζει για περίπου 10 δισεκατομμύρια χρόνια.

Σταδιακά, κάποιο ποσοστό του δίσκου καταλήγει λόγω βαρυτικής έλξης πάνω στον αστέρα, κάποιο κομμάτι εξατμίζεται στο διάστημα, ενώ το υπολειπόμενο δημιουργεί πλανήτες και άλλα μικρότερα σώματα. Απόδειξη για τη δημιουργία πλανητών είναι η ύπαρξη τους στη γειτονιά μας (οι υπόλοιποι πλανήτες του ηλιακού μας συστήματος) ενώ παράλληλα έχουν ανακαλυφθεί χιλιάδες εξωπλανήτες, δηλαδή πλανήτες που ανήκουν σε άλλα ηλιακά συστήματα. Μάλιστα για τον πρώτο εξωπλανήτη γύρω από έναν αστέρα ηλιακού τύπου που ανακαλύφθηκε μόλις το 1995, απονεμήθηκε το βραβείο Νόμπελ το 2019 στους Dider Queloz και Michael Mayor, αν και αξίζει να σημειωθεί ότι η πρώτη ανακάλυψη ενός εξωπλανήτη γύρω από έναν λευκό νάνο έγινε το 1992.

Οδικός χάρτης σχηματισμού πλανητών

Υπάρχουν δύο κύριοι  μηχανισμοί που μπορούν να οδηγήσουν στον σχηματισμό πλανητών. Μία εκδοχή είναι η λεγόμενη βαρυτική αστάθεια (gravitational instability), η οποία μπορεί να αναλυθεί σε άλλο άρθρο.  Η πιο διαδεδομένη άποψη όμως είναι ότι τα σωματίδια σκόνης υπόκεινται σε διαδοχικές συγκρούσεις και δημιουργούν όλο και μεγαλύτερα σωματίδια, ώστε από διαστάσεις μεγέθους ενός εκατομμυριοστού του μέτρου (1μm) να φτάσουν σε μεγέθη πλανητοειδών (σώματα μεγέθους 100m-1km). Στη συνέχεια οι πλανητοειδείς συγκρούονται περαιτέρω και σχηματίζουν πρωτοπλανητικά έμβρυα, με μεγέθη ανάλογα της Σελήνης. Διαδοχικές συγκρούσεις αυτών των σωμάτων δημιουργούν γήινους πλανήτες, δηλαδή στερεούς πλανήτες που μπορούν να έχουν μάζα μέχρι και 10 φορές μεγαλύτερη της Γης. 

Υπό τις κατάλληλες προϋποθέσεις, οι γήινοι πλανήτες μπορούν να λειτουργήσουν ως πυρήνες αερίων γιγάντων (αντίστοιχοι πλανήτες σαν τον Διά και τον Κρόνο), καθώς μπορούν να απορροφήσουν τεράστιες ποσότητες αερίου που βρίσκεται στην τροχιά τους. Αυτό οδηγεί στη δημιουργία κενών περιοχών στον δίσκο που έχουν σχήμα δαχτυλιδιών (Εικόνα 2). Παρατηρήσεις τέτοιων δαχτυλιδιών επομένως, είναι ισχυρές ενδείξεις ύπαρξης πλανητών αν και θεωρητικά μπορούν να δημιουργηθούν και με άλλους τρόπους. 

Τα πιο πρόσφατα παρατηρησιακά δεδομένα δείχνουν ότι τέτοια δαχτυλίδια υπάρχουν στους περισσότερους μεγάλους πρωτοπλανητικούς δίσκους όπως φαίνεται και στην Εικόνα 3, αν και πιθανότατα να υπάρχουν και σε μικρότερους, αλλά λόγω περιορισμένης ανάλυσης δεν μπορούμε να τα παρατηρήσουμε.  Στο εγγύς μέλλον, μέσω του τηλεσκοπίου James Webb, θα είμαστε σε θέση να μελετήσουμε την πλανητική δημιουργία σε βάθος και να βελτιώσουμε τις θεωρίες για το πως η σκόνη δημιουργεί πλανήτες.