Pyłowe dyski kolebką nowo narodzonych planet
Dyski protoplanetarne są spłaszczonymi, obracającymi się dyskami zbudowanymi z pyłu i gazu, które pojawiają się wokół niemal wszystkich gwiazd o niskiej masie niedługo po ich powstaniu. Pomimo tego, że cząstki pyłu stanowią niewielką ich część, to one są materiałem, z którego powstają nowe planety. Z tego powodu zrozumienie ich roli w procesie formowania nowych planet jest kluczowe. Finansowani przez Unię Europejską naukowcy skupieni wokół projektu DiskTorqueOnPlanets zaczynają stopniowo odkrywać w dużej mierze nieznaną rolę odgrywaną przez pył kosmiczny w określaniu budowy obserwowanych przez nas obecnie układów planetarnych.
Interakcje pomiędzy masą pyłu a powstającą planetą
„Jednym z procesów, który może odgrywać ważną rolę jest tak zwana migracja planetarna, do której dochodzi w wyniku wzajemnych oddziaływań grawitacyjnych pomiędzy planetą a dyskiem, które powodują przyspieszanie planety oraz sprawiają, że zaczyna się poruszać”, wyjaśnia koordynator projektu Martin Pessah. Naukowcy skupieni wokół projektu DiskTorqueOnPlanets zapoczątkowanego dzięki wsparciu działania „Maria Skłodowska-Curie” postanowili scharakteryzować mechanizmy związane z określeniem prędkości i kierunku tej migracji, skupiając się na pyle, z którego składa się dysk protoplanetarny.
Właściwości pyłu mają znaczenie
Symulacja dynamiki pyłu wymaga ogromnych mocy obliczeniowych w celu uzyskania szczegółowych modeli. W celu realizacji swoich badań, zespół wykorzystał moc procesorów graficznych dostępnych w Centrum obliczeń wielkiej skali Uniwersytetu w Kopenhadze. Nowoczesny i publicznie dostępny kod numeryczny FARGO3D opracowany przez stypendystę Pablo Beniteza-Llambaya został rozbudowany w ramach projektu w wyjątkowy sposób, dzięki czemu mógł sprostać wyzwaniom związanym z dynamiką dysków pyłowych. Jednym z najważniejszych rezultatów był wydajny algorytm uwzględniający siły oporu powstające pomiędzy gazem i cząstkami pyłu w dysku protoplanetarnym. „Narzędzia opracowane w ramach tego projektu pozwoliły nam nie tylko odkryć i przeprowadzić pierwsze w historii systematyczne badania sił grawitacyjnych pyłu w dyskach protoplanetarnych, ale także rozszerzyć nasze badania na inne podstawowe pytania dotyczące powstawania pyłu oraz jego dynamiki w takich dyskach”, twierdzi Pessah. Uczestnicy projektu z powodzeniem wykazali, że na dynamikę cząsteczek pyłu największy wpływ ma stopień połączenia poszczególnych cząstek z gazem występującym w dysku, co jest uzależnione od wielkości poszczególnych cząstek. „Wykazaliśmy, że spójna dynamika pyłu obejmująca szereg wielkości cząstek jest kluczowa nie tylko dla zrozumienia samego procesu powstawania planet, ale także sposobu, w jaki poruszają się wewnątrz dysku”, wyjaśnia Pessah.
Wspieranie pionierskich obserwacji
Interferometr Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) jest efektem międzynarodowej współpracy instytucji, które połączyły siły ze względu na chęć poznania naszych kosmicznych korzeni. ALMA to największe i najpotężniejsze obserwatorium astronomiczne zbudowane na Ziemi, dzięki któremu możliwe jest bezpośrednie obrazowanie niedostrzegalnych wcześniej szczegółów procesu powstawania planet. Narzędzia opracowane w ramach projektu DiskTorqueOnPlanets pomogą naukowcom zbierającym te przełomowe dane w zrozumieniu i opisaniu procesów, które wpływają na kształtowanie układów planetarnych. Podsumowując prace naukowców, Pessah stwierdza: „Zbudowaliśmy ramy, które pozwalają nam na badanie dynamiki pyłów dla dowolnej liczby rodzajów pyłu w symulacjach numerycznych, co umożliwia analizę szerokiego zakresu procesów, które stanowią klucz do zrozumienia procesu powstawania i rozwoju planet. Dzięki udostępnieniu opracowanych narzędzi publicznie, projekt wspiera wysiłki naukowców z całego świata, ukierunkowane na wyjaśnienie historii i ewolucji zarówno naszego Układu Słonecznego, jak i układów egzoplanetarnych w innych częściach Wszechświata”.
Słowa kluczowe
DiskTorqueOnPlanets, pył, dysk, planeta, dynamika pyłu, planetarny, protoplanetarny, narzędzia, gwiazdy, migracja, powstawanie planet, ALMA, rozwój, FARGO3D
