Planet berbatu seperti Bumi semua diyakini bermula sebagai debu yang melingkari bintang-bintang yang baru lahir, dan petunjuk tentang asal-usul debu semacam itu datang kepada kita dalam meteorit dan komet saat ini, serta pengamatan cakram-cakram circumstellar di sekitar bintang-bintang muda.
Tetapi misteri telah menyelubungi detail evolusi debu dan bagaimana akhirnya membentuk objek yang lebih besar. Sekarang, dua makalah di jurnal Alam sedang mengusulkan mekanisme baru untuk menjelaskannya.
Mekanisme baru bergantung pada butiran debu kristal yang terguncang panas, yang entah bagaimana bermigrasi dari tempat mereka diciptakan - mungkin dekat dengan Matahari - ke Tata Surya bagian luar. Implikasinya, proses yang sama harus terjadi di sekitar bintang muda lainnya.
Tiga hipotesis masa lalu telah diusulkan untuk menjelaskan migrasi, tetapi tidak satu pun yang cukup sesuai. Mereka termasuk, menurut fisikawan Dejan Vinkovic dari University of Split di Kroasia, pencampuran turbulen, peluncuran partikel balistik dalam angin kencang yang diciptakan oleh interaksi piringan akresi dengan medan magnet bintang muda (disebut model angin-X), dan pencampuran yang dimediasi oleh lengan spiral transien dalam disk yang secara gravitasi tidak stabil. Vinkovic adalah penulis utama di salah satu Alam dokumen.
"Pencampuran turbulen membutuhkan sumber viskositas turbulen yang efisien dan ketidakstabilan magnetorotational disebut sebagai kandidat yang paling menjanjikan, tetapi bentangan besar disk dianggap tidak cukup terionisasi untuk menjaga ketidakstabilan ini aktif," tulisnya. "Model angin-X bergantung pada gagasan teoretis tentang konfigurasi medan magnet di sekitar langsung bintang-bintang pra-deret utama dan harapan besar diletakkan pada pengamatan di masa depan untuk menyelesaikan kesulitan ini."
Dan akhirnya, "Model lengan spiral berada dalam domain diskusi tentang apakah angka yang mendasarinya, perkiraan fisik dan asumsi tentang kondisi awal cukup realistis untuk membuat hasil yang masuk akal."
Dalam makalah lain, Peter Abraham dari Hungarian Academy of Sciences dan rekan-rekannya menemukan tanda tangan debu kristal setelah bintang muda berkobar, sedangkan data arsip tidak menunjukkan tanda-tanda itu sebelum suar.
Kertas Vinkovic menyelidiki pencampuran partikel debu kristal besar di nebula protoplanet di sekitar Matahari muda.
Gaya yang dihasilkan oleh cahaya yang menyinari suatu benda adalah fenomena terkenal yang disebut tekanan radiasi. Kita tidak merasakannya dalam kehidupan sehari-hari karena kita terlalu besar untuk efek ini menjadi nyata. Untuk partikel yang sangat kecil, di sisi lain, gaya ini bisa lebih besar bahkan dari gravitasi yang membuat partikel di orbit mengelilingi bintang. Investigasi sejauh ini hanya difokuskan pada tekanan radiasi karena cahaya bintang. Hasil penelitian menunjukkan bahwa butir individu tidak akan melakukan perjalanan jauh dan akan didorong lebih dalam ke disk.
Vinkovic melaporkan bahwa radiasi infra merah yang timbul dari cakram berdebu dapat mengangkat butiran yang lebih besar dari satu mikrometer keluar dari cakram bagian dalam, di mana mereka didorong ke luar oleh tekanan radiasi bintang ketika meluncur di atas cakram. Butir masuk kembali ke cakram di jari-jari yang terlalu dingin untuk menghasilkan dukungan tekanan radiasi infra merah yang memadai untuk ukuran butir dan kepadatan padat.
Namun, Vinkovic menunjukkan bahwa bukan hanya sang bintang, tetapi juga disk yang bersinar. Ketika mempelajari efek pada butiran debu protoplanet yang lebih besar dari satu mikrometer, yang sebanding dengan ukuran partikel asap rokok, Vinkovic telah menemukan bahwa cahaya inframerah yang intens dari daerah terpanas dari disk protoplanet mampu mendorong debu seperti itu keluar dari disk. Radiasi inframerah adalah apa yang dapat kita rasakan sebagai "panas" pada kulit kita. Kombinasi tekanan radiasi dari bintang dan piringan menciptakan gaya total yang memungkinkan butiran debu untuk berselancar di sepanjang permukaan piringan dari bagian dalam ke bagian luar piringan.
Temperatur di wilayah panas ini mencapai sekitar 1500 derajat Kelvin (2200 derajat Fahrenheit), cukup untuk menguapkan partikel debu padat atau mengubah struktur fisik dan kimianya. Mekanisme yang Vinkovic gambarkan dalam makalahnya akan mentransfer partikel debu yang diubah sedemikian rupa ke daerah disk yang lebih dingin dari bintang. Ini bisa menjelaskan mengapa komet mengandung kombinasi es dan partikel yang membingungkan yang diubah pada suhu tinggi. Para astronom bingung dengan campuran ini, karena komet terbentuk di daerah cakram dingin karena zat beku seperti air, karbon dioksida atau metana. Karenanya partikel debu berbatu yang akhirnya bercampur dengan es diperkirakan tidak akan pernah mengalami suhu tinggi.
Dalam tajuk rencana yang menyertai studi tersebut, astrofisikawan Universitas Missouri Aigen Li menulis bahwa asal-usul kristal silikat dalam komet “telah menjadi bahan perdebatan sejak deteksi pertama mereka 20 tahun yang lalu.”
Sementara Li touts menjanjikan dalam teori baru, “Akan menarik untuk melihat apakah mekanisme lain seperti pencampuran turbulen dan model 'X-wind' akan secara efektif membawa butiran submicrometre, yang merupakan penghasil emisi pertengahan-IR yang efisien, ke luar dan menggabungkannya ke dalam komet, ”tulisnya. "Ada juga kemungkinan bahwa beberapa - tetapi tidak semua - silikat kristal dibuat in situ dalam koma komet."
Sumber: siaran pers Vinkovic. Tonton animasi singkat yang menunjukkan cara kerja mekanisme gerakan debu yang baru diusulkan.
