Muốn xây dựng các thiên thể? Ý tôi là nó nghe có vẻ dễ dàng - bạn chỉ cần bắt đầu với một đám mây bụi lớn và cho nó một chút để nó bắt đầu quay và tích tụ và bạn kết thúc với một ngôi sao với một vài hạt bụi còn sót lại trên quỹ đạo tiếp tục hình thành những hành tinh.
Rắc rối là, quá trình này dường như không thể thực hiện được - hoặc ít nhất là không có gì giống như nó có thể được nhân rộng trong các mô hình lý thuyết tiêu chuẩn và mô phỏng phòng thí nghiệm. Có một vấn đề với các bước bồi đắp quy mô nhỏ ban đầu.
Các hạt bụi dường như dễ dàng dính vào nhau khi chúng rất nhỏ - thông qua van der Waals và lực tĩnh điện - xây dựng đều đặn để tạo thành các cốt liệu có kích thước milimet và thậm chí là centimet. Nhưng một khi chúng đạt đến kích thước này, các lực dính đó trở nên ít ảnh hưởng hơn - và các vật thể vẫn còn quá nhỏ để tạo ra một lực hấp dẫn có ý nghĩa. Sự tương tác mà họ có là nhiều hơn trong bản chất của các va chạm nảy - điều thường xảy ra nhất là các mảnh bị sứt mẻ khỏi các vật thể nảy, do đó chúng bắt đầu nhỏ lại.
Đây là một vấn đề vật lý thiên văn được gọi là rào cản mét.
Nhưng ngày càng nhiều, các nhà lý thuyết đang tìm ra cách để vượt qua hàng rào mét. Thứ nhất, có thể là một sai lầm khi cho rằng bạn bắt đầu với một đám mây bụi đồng nhất, trong đó sự bồi tụ tự phát xảy ra ở mọi nơi trên khắp đám mây.
Suy nghĩ hiện tại là nó có thể lấy một siêu tân tinh gần đó hoặc một ngôi sao di cư gần để kích hoạt sự phát triển của đám mây bụi thành một vườn ươm sao. Nó có thể là sự nhiễu loạn trong một đám mây bụi tạo ra các xoáy nước và các sắc thái có lợi cho sự tập hợp cục bộ của các hạt nhỏ thành các hạt lớn hơn. Vì vậy, thay vì đi từ một đám mây bụi đồng nhất đến một tập hợp thống nhất của những tảng đá rất nhỏ - chỉ có một cơ hội hình thành các vật thể được bồi đắp ở đây và đó.
Hoặc chúng ta chỉ có thể giả định một sự không thể tránh khỏi ngẫu nhiên nhất định về bất cứ điều gì có cơ hội xảy ra mờ nhạt nhất - cuối cùng xảy ra. Trải qua vài triệu năm, trong một đám mây bụi khổng lồ có thể có đường kính hàng trăm đơn vị thiên văn, rất nhiều khả năng tương tác trở nên khả thi - và thậm chí với khả năng 99,99% không có vật thể nào có thể tổng hợp thành kích thước lớn hơn một mét, đó là vẫn hoàn toàn có khả năng điều này sẽ xảy ra một vài nơi trong khu vực rộng lớn đó.
Dù bằng cách nào, một khi bạn có một vài đối tượng hạt giống, nó đã đưa ra giả thuyết rằng quá trình ném tuyết diễn ra. Một khi một vật thể tổng hợp đạt được một khối lượng nhất định, quán tính của nó sẽ có nghĩa là nó trở nên ít tham gia vào dòng chảy hỗn loạn. Nói cách khác, đối tượng sẽ bắt đầu di chuyển qua, thay vì di chuyển cùng với bụi hỗn loạn. Trong những trường hợp này, nó sẽ hoạt động giống như một quả bóng tuyết lăn xuống ngọn đồi phủ đầy tuyết, thu thập một lớp bụi khi nó lướt qua đám mây bụi - tăng đường kính khi nó đi.
Khoảng thời gian cần thiết để xây dựng các hành tinh có bóng tuyết như vậy từ bán kính (Rtuyết) dài 100 mét đến 1000 km là dài. Mô hình được sử dụng cho thấy khoảng thời gian (Ttuyết) trong khoảng từ 1 đến 10 triệu năm là bắt buộc.
Nó cũng có thể mô hình hóa sự hình thành hành tinh xung quanh các ngôi sao nhị phân. Sử dụng các tham số quỹ đạo tương đương với các tham số của hệ nhị phân Alpha Centauri A và B, quy trình ném tuyết được tính toán để hoạt động nhiều hơn hiệu quả vậy mà Ttuyết có lẽ không quá 1 triệu năm.
Khi các hành tinh có kích thước hàng trăm km đã hình thành, chúng vẫn sẽ va chạm. Nhưng ở kích thước này, các vật thể tạo ra lực hấp dẫn đáng kể và va chạm có nhiều khả năng mang tính xây dựng - cuối cùng dẫn đến các hành tinh có các mảnh vỡ quay quanh nhau, sau đó tạo thành các vòng và mặt trăng.
Có bằng chứng cho thấy một số ngôi sao có thể hình thành các hành tinh (ít nhất là những người khổng lồ khí) trong vòng 1 triệu năm - chẳng hạn như GM Aurigae - trong khi hệ mặt trời của chúng ta có thể mất hơn 100 triệu năm kể từ khi sinh ra Mặt trời cho đến khi bộ sưu tập đá, khí quyển hiện tại và các hành tinh băng giá được bồi đắp hoàn toàn khỏi bụi.
Vì vậy, có nhiều cơ hội hơn một quả cầu tuyết trong địa ngục rằng lý thuyết này có thể góp phần hiểu rõ hơn về sự hình thành hành tinh.
Đọc thêm: Xie et al. Từ bụi đến hành tinh: Giai đoạn Snowball?
