Ewolucja ciał niebieskich trwa bardzo długo. Z tego powodu nasza wiedza o nich wciąż jest niepełna. Jak formują się gwiazdy i planety? I dlaczego ich rozmiary są różne? Pewien profesor z Duke University chce rozwiązać tę zagadkę.

Profesor Adrian Bejan z Duke University chce wyjaśnić, dlaczego planety i gwiazdy, które występują w tych samych układach, różnią się między sobą rozmiarami. Przecież skoro materia jest rozłożona równomiernie, wszystkie powinny być identycznych rozmiarów…

Zasugerował on, że systemy dużo szybciej osiągają stan równowagi, kiedy obiekty mają w nich różne rozmiary i z tego powodu większość systemów „wybiera” właśnie tę drogę ewolucji.

Aby dojść do takiego wniosku, zaczął od obliczenia naprężeń, jakie występowałyby w modelu, w którym poszczególne cząstki materii o tej samej wielkości byłyby rozłożone równomiernie w przestrzeni. Rozważał model z jednolitą gęstością i obserwował, jak ewoluował on pod wpływem grawitacji. Okazało się, że siła ciężkości między cząstkami tworzy trójwymiarowe pęknięcia, co z kolei udowodniło, że różnica w wielkości ciał jest naturalną konsekwencją ewolucji układu.

Profesor Bejan swój model opiera na teorii zwanej “constructal law”, która opisuje tworzenie się struktur w przyrodzie. Teoria ta mówi, że wszystko, co może przepływać i zmieniać swój kształt, przechodzi proces ewolucji. Tworzy on hierarchiczne struktury, przez co powstaje kilka dużych i wiele małych elementów.

Po raz pierwszy teoria została opublikowana przez profesora dziesięć lat temu w kontekście struktury pękania mułu. Od tej pory była już stosowana do opisu licznych zjawisk, zarówno biologicznych (np. drzewa, pioruny, rzeki), jak i tych niezwiązanych z biologią.

W obecnej pracy Adrian Bejan pisze, że układy raczej dzielą się hierarchicznie, niż stopniowo rozwijają przez proces akrecji. Hierarchiczność polegałaby na tworzeniu się małej liczby dużych obiektów, trochę większej liczby mniejszych i dużej liczby bardzo małych małych ciał.

Pierwszy raz użyto tej teorii do opisu zjawisk astrofizycznych i mimo, że rodzi ona interesujące wnioski na temat tworzenia się struktur, wciąż nie obejmuje wielu z cech rzeczywistości. Sam profesor Bejan przyznaje, że jest to najprostszy model do opisania ewolucji systemów oraz, że trzeba wziąć pod uwagę jeszcze wiele efektów. Aby w pełni przewidzieć nierówności występujące w naturze, model musi uwzględniać dodatkowo wewnętrzne ciśnienie gazu, rodzaj pierwiastków, temperaturę, jak również gęstość.

Autor

Tobiasz Wojnar
Tobiasz Wojnar

Student Informatyki na Politechnice Wrocławskiej. Związany z Klubem Astronomicznym Almukantarat oraz prezes koła naukowego PWr Aerospace