Acreção de Planetesimais e Núcleos

O crescimento hierárquico dos blocos construtores planetários, desde grãos de poeira a planetesimais de escala quilométrica, até protoplanetas e núcleos de planetas gigantes.

Definition

A acreção de planetesimais e núcleos é o processo pelo qual a poeira em um disco protoplanetário cresce hierarquicamente em planetesimais e, em seguida, em protoplanetas e núcleos de planetas gigantes através de colisões e acreção gravitacional.

Scope

Este tópico aborda como o material sólido cresce em muitas ordens de magnitude em tamanho: a adesão e coagulação da poeira, o salto ainda debatido para planetesimais ligados gravitacionalmente, e a acreção focada gravitacionalmente que impulsiona o crescimento descontrolado e oligárquico de protoplanetas. Inclui a instabilidade de streaming e a acreção de seixos como mecanismos para superar barreiras de crescimento, e a montagem dos núcleos de aproximadamente dez massas terrestres necessários para desencadear a formação de gigantes gasosos.

Core questions

• Como os grãos de poeira superam as barreiras de ricochete, fragmentação e deriva radial para atingir o tamanho de planetesimal?
• O que desencadeia a transição do crescimento colisional para a acreção descontrolada dominada gravitacionalmente?
• Com que rapidez um núcleo de planeta gigante pode atingir a massa crítica para a captura de gás antes que o disco se dissipe?
• Quando o crescimento ocorre pela acreção de planetesimais versus a acreção de pequenos seixos?

Key theories

Crescimento descontrolado e oligárquico

Uma vez que os corpos são grandes o suficiente para o foco gravitacional, os maiores planetesimais crescem mais rapidamente em uma fase descontrolada, e então se estabelecem em um crescimento oligárquico, onde alguns protoplanetas dominantes acumulam o enxame circundante a taxas comparáveis.

Captura de gás por núcleo crítico

Um núcleo sólido que atinge aproximadamente dez massas terrestres não consegue mais manter uma atmosfera gasosa estática e sofre uma acreção descontrolada de gás, o passo chave na teoria de acreção de núcleos para a formação de planetas gigantes.

Instabilidade de streaming

O acoplamento aerodinâmico entre sólidos e gás pode concentrar seixos em filamentos densos que colapsam diretamente em planetesimais, oferecendo uma rota para superar a barreira de crescimento de um metro.

Mechanisms

Pequenos grãos crescem por colisões adesivas até que a deriva radial e a fragmentação interrompam a coagulação; mecanismos de concentração, como a instabilidade de streaming, então montam planetesimais, que crescem por acreção gravitacional mútua. O foco gravitacional faz com que os maiores corpos dominem, e a acreção de seixos pode construir rapidamente núcleos massivos ao capturar sólidos aerodinamicamente desacelerados.

Clinical relevance

A eficiência e o tempo do crescimento sólido determinam se uma região de um disco produz apenas corpos pequenos, planetas terrestres ou núcleos de gigantes gasosos, e assim molda a arquitetura de todo o sistema.

History

A teoria planetesimal de Safronov na década de 1970 estabeleceu a estrutura de crescimento hierárquico. Os cálculos de 1996 de Pollack e colaboradores quantificaram o cenário crítico de captura de gás pelo núcleo para planetas gigantes. Desde os anos 2000, a instabilidade de streaming e a acreção de seixos foram desenvolvidas para abordar barreiras de longa data no crescimento rápido de planetesimais e núcleos massivos.

Debates

Como os planetesimais são montados pela primeira vez?

Ainda está sendo ativamente investigado se a barreira de um metro é superada principalmente pela instabilidade de streaming, por outros mecanismos de concentração, ou por crescimento colisional direto.

Key figures

• Viktor Safronov
• James Pollack
• Jack Lissauer
• Anders Johansen

Seminal works

• safronov1972
• pollack1996
• johansen2014

Frequently asked questions

O que é a barreira de um metro?

É a dificuldade que os sólidos com cerca de um metro de tamanho enfrentam: eles colidem muito rápido para aderir e, ao mesmo tempo, derivam para o interior em direção à estrela muito rapidamente, de modo que o crescimento além desse tamanho requer mecanismos especiais de concentração.

Por que um planeta gigante precisa de um núcleo de dez massas terrestres?

Com aproximadamente essa massa, a gravidade do núcleo não consegue mais manter uma atmosfera gasosa estável, então ele começa a acumular gás do disco rapidamente e cresce para se tornar um gigante gasoso.