Acreción de Planetesimales y Núcleos
El crecimiento jerárquico de los componentes básicos planetarios, desde granos de polvo hasta planetesimales de escala kilométrica, y hasta los protoplanetas y los núcleos de planetas gigantes.
Definition
La acreción de planetesimales y núcleos es el proceso por el cual el polvo en un disco protoplanetario crece jerárquicamente en planetesimales y luego en protoplanetas y núcleos de planetas gigantes a través de colisiones y acreción gravitacional.
Scope
Este tema abarca cómo el material sólido crece a través de muchos órdenes de magnitud en tamaño: la adhesión y coagulación del polvo, el salto aún debatido a planetesimales unidos gravitacionalmente, y la acreción enfocada gravitacionalmente que impulsa el crecimiento descontrolado y oligárquico de los protoplanetas. Incluye la inestabilidad de flujo y la acreción de guijarros como mecanismos para superar las barreras de crecimiento, y el ensamblaje de los núcleos de aproximadamente diez masas terrestres necesarios para desencadenar la formación de gigantes gaseosos.
Core questions
- ¿Cómo superan los granos de polvo las barreras de rebote, fragmentación y deriva radial para alcanzar el tamaño de planetesimal?
- ¿Qué desencadena la transición del crecimiento colisional a la acreción descontrolada dominada gravitacionalmente?
- ¿Qué tan rápido puede un núcleo de planeta gigante alcanzar la masa crítica para la captura de gas antes de que el disco se disperse?
- ¿Cuándo procede el crecimiento por acreción de planetesimales versus por acreción de pequeños guijarros?
Key theories
- Crecimiento descontrolado y oligárquico
- Una vez que los cuerpos son lo suficientemente grandes para el enfoque gravitacional, los planetesimales más grandes crecen más rápido en una fase descontrolada, luego se asientan en un crecimiento oligárquico donde unos pocos protoplanetas dominantes acrecen el enjambre circundante a tasas comparables.
- Captura de gas por núcleo crítico
- Un núcleo sólido que alcanza aproximadamente diez masas terrestres ya no puede mantener una envoltura gaseosa estática y experimenta una acreción de gas descontrolada, el paso clave en la teoría de acreción de núcleos para la formación de planetas gigantes.
- Inestabilidad de flujo
- El acoplamiento aerodinámico entre sólidos y gas puede concentrar guijarros en filamentos densos que colapsan directamente en planetesimales, ofreciendo una ruta para superar la barrera de crecimiento de tamaño métrico.
Mechanisms
Los granos pequeños crecen por colisiones de adhesión hasta que la deriva radial y la fragmentación detienen una mayor coagulación; los mecanismos de concentración, como la inestabilidad de flujo, ensamblan entonces los planetesimales, que crecen por acreción gravitacional mutua. El enfoque gravitacional hace que los cuerpos más grandes dominen, y la acreción de guijarros puede construir rápidamente núcleos masivos al capturar sólidos ralentizados aerodinámicamente.
Clinical relevance
La eficiencia y el momento del crecimiento sólido determinan si una región de un disco produce solo cuerpos pequeños, planetas terrestres o núcleos de gigantes gaseosos, y por lo tanto, da forma a la arquitectura de todo el sistema.
History
La teoría planetesimal de Safronov en la década de 1970 estableció el marco de crecimiento jerárquico. Los cálculos de 1996 de Pollack y colaboradores cuantificaron el escenario de captura de gas por núcleo crítico para los planetas gigantes. Desde la década de 2000, la inestabilidad de flujo y la acreción de guijarros se han desarrollado para abordar barreras de larga data en el crecimiento de planetesimales y núcleos masivos con la suficiente rapidez.
Debates
- ¿Cómo se ensamblan los planetesimales por primera vez?
- Todavía se investiga activamente si la barrera de tamaño métrico se supera principalmente por la inestabilidad de flujo, por otros mecanismos de concentración o por el crecimiento colisional directo.
Key figures
- Viktor Safronov
- James Pollack
- Jack Lissauer
- Anders Johansen
Related topics
Seminal works
- safronov1972
- pollack1996
- johansen2014
Frequently asked questions
- ¿Qué es la barrera de tamaño métrico?
- Es la dificultad que enfrentan los sólidos de aproximadamente un metro de tamaño: chocan demasiado rápido para adherirse y, sin embargo, se desplazan hacia la estrella demasiado rápido, por lo que el crecimiento más allá de este tamaño requiere mecanismos de concentración especiales.
- ¿Por qué un planeta gigante necesita un núcleo de diez masas terrestres?
- Aproximadamente a esa masa, la gravedad del núcleo ya no puede mantener una envoltura gaseosa estable, por lo que comienza a acrecentar rápidamente el gas del disco y crece hasta convertirse en un gigante gaseoso.