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Agregados de poeira de micropartículas, que se pensa desempenhar um papel na formação de novos planetas, são menos propensos a se unir após uma colisão quando os agregados são maiores.
As evidências atuais sugerem que as micropartículas de poeira cósmica colidem e se unem para formar agregados de poeira maiores que podem eventualmente se combinar e se transformar em planetas. Modelos numéricos que caracterizam com precisão as condições necessárias para que os agregados de micropartículas em colisão se unam, em vez de se separarem, são, portanto, fundamentais para entender a evolução dos planetas. Modelagem recente sugere que os agregados de poeira são menos propensos a se unir após uma colisão à medida que o tamanho dos agregados aumenta.
Uma equipe de astrofísicos realizou simulações numéricas de colisões de agregados de poeira, com agregados de massa igual variando entre 10.000 e 140.000 mícrons (um a 14 cm) de tamanho, usando métodos de elementos discretos de esfera macia. O sistema de modelagem discreta considerou cada partícula dentro do agregado em vez de tratar o agregado como uma entidade única, e a simulação de esfera macia assumiu a rigidez de cada partícula do agregado, mas permitiu deformações que podem ocorrer durante a colisão. Sua modelagem indicou que aumentar o raio dos agregados de poeira de micropartículas diminuiu a probabilidade de aderência, ou a probabilidade de que dois agregados se juntassem e formassem um agregado maior após a colisão.
A equipe publicou os resultados de seu estudo em As Cartas do Jornal Astrofísico.
“O processo de formação de corpos de tamanho de um quilômetro, planetesimais, a partir da poeira cósmica, que é o estágio inicial da formação do planeta, tem sido um dos maiores problemas na teoria da formação do planeta”, disse Hidekazu Tanaka, um dos autores do estudo e professor do Instituto Astronômico da Escola de Pós-Graduação em Ciências da Universidade Tohoku em Sendai, Japão. “O presente estudo mostrou que os aglomerados de poeira que são o material dos planetas param de crescer quando atingem um determinado tamanho, pois grandes aglomerados são difíceis de aderir uns aos outros. Nossos resultados tornaram o problema da formação de planetesimais ainda mais difícil.
As simulações sugerem que o salto de colisão entre grandes agregados de micropartículas diminuiria a formação de planetesimais, ou os blocos de construção dos planetas. Planetesimais em escala de quilômetros formam planetas através da fusão colisional via gravidade mútua.
Simulações de modelagem anteriores e experimentos de laboratório que caracterizam o limite para a barreira aderente / saltitante de colisões de agregados de poeira geralmente produziam resultados conflitantes, que a equipe de pesquisa e outros supuseram ser devido a tamanhos variados de agregados. Os resultados do presente estudo suportam esta hipótese.
Atualmente não está claro por que o tamanho dos agregados afeta a probabilidade de aderência durante uma colisão. Estudos futuros destinados a dissecar a estrutura de empacotamento de agregados ao longo do tempo podem ajudar os cientistas a entender como os agregados podem se aproximar da escala dos planetesimais. Estudos dos locais de contato entre os agregados, onde a maior parte da energia é dissipada, após uma colisão também podem revelar como os agregados maiores acabam se unindo.
Além disso, as simulações realizadas pela equipe de pesquisa sugerem que a probabilidade de adesão dos agregados de partículas também pode ser afetada pelo tamanho das partículas individuais que compõem o agregado e não apenas pelo raio de todo o agregado.
A equipe reconhece que as simulações realizadas neste estudo estão longe de ser abrangentes. Serão realizadas simulações que incluem agregados que podem ser preparados por procedimentos realistas e que abordam a aceleração, e também estão planejados experimentos de laboratório que ajustarão o modelo.
Além dessas simulações, a equipe está de olho em agregados maiores, que podem mudar fundamentalmente as teorias atuais sobre o desenvolvimento do planeta. “Usaremos um supercomputador para realizar simulações numéricas em larga escala de colisões entre aglomerados de poeira ainda maiores, a fim de investigar o quão difícil é para grandes aglomerados de poeira se unirem. Isso ajudará a resolver a questão de saber se a formação de planetesimais é possível através da adesão de aglomerados de poeira ou não”, disse Tanaka.
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