У теории процесса формирования планет есть одна загвоздка, которую можно назвать «барьером отскока» — он препятствует скоплению частиц пыли, которые, ударяясь друг об друга, разлетаются в стороны. Так будет происходить до тех пор, пока не образуется массивный ком пыли, способный притягивать объекты. Но чтобы такой ком сформировался, требуется как-то преодолеть барьер отскока.
Дополнительную «липучесть» частицам может дать электрический заряд, выяснили ученые, опубликовавшие в журнале Physics Nature. В ходе эксперимента они встряхивали тысячи мелких стеклянных шариков, которые затем катапультировались на высоту более 100 метров, что должно было имитировать процесс рождения планет из протопланетных дисков.
В дисках, состоящих из пыли и газа, частицы будущих планет сталкиваются и слипаются, образуя все более и более крупные комки, пока они не достигают диаметра около одного миллиметра. В этот момент рост комков пыли замедляется, так как они начинают отскакивать друг от друга. Данное поведение не позволяло объяснить, как же формируются планеты. «Должен быть способ получить более крупные частицы», — говорит астрофизик-экспериментатор Тобиас Штайнпилз из Университета Дуйсбург-Эссен в Германии.
Поэтому Штейнпилз и его коллеги попытались воссоздать условия, при которых формируются планеты. Вместо протопланетной пыли исследователи использовали стеклянные шарики, каждый диаметром чуть меньше полмиллиметра, которые сталкивались друг с другом. Но эксперименту мешала гравитация Земли. В результате было решено использовать катапульту в Бременской башне высотой 120 метров, расположенной в Германии.
Камера с шариками и измерительным оборудованием подбрасывалась вверх, затем падала вниз в течение 90 секунд. Перед броском камера встряхивалась, что имитировало столкновения частиц. Во время столкновений шарики накапливали электрические заряды, отрицательные и положительные.
Оказалось, что во время падения шарики образовывали комки, некоторые из которых состояли более чем из тысячи шариков. И все благодаря электрическим зарядам.
Результаты эксперимента доказали, «что электростатические силы помогают преодолевать барьер отскока в лабораторных условиях», — комментирует опыт астроном Ричард Бут из Кембриджского университета. Но протопланетные диски состоят из натуральных материалов, а не из стекла.
Эксперимент с базальтовыми сферами, которые больше похожи на частицы реального протопланетного диска, показал, что базальтовые шарики заряжаются даже больше, чем стеклянные.
Теперь ученым предстоит решить другую проблему теории зарождения планет: почему большие комки частиц не разбиваются, сталкиваясь.