Volgens de meest algemeen aanvaarde theorie van planeetvorming (de Nebulaire hypothese), begon het zonnestelsel ongeveer 4,6 miljard jaar geleden vanuit een enorme wolk van stof en gas (ook bekend als een nevel). Nadat de wolk in het midden door de zwaartekracht ineenstortte en de zon vormde, vielen het resterende gas en stof in een schijf die eromheen draaide. De planeten zijn in de loop van de tijd geleidelijk van deze schijf geaccumuleerd, waardoor het systeem is ontstaan dat we tegenwoordig kennen.
Maar tot nu toe vroegen wetenschappers zich af hoe stof in microzwaartekracht zou kunnen samenkomen om alles te vormen, van sterren en planeten tot asteroïden. Uit een nieuwe studie door een team van Duitse onderzoekers (en mede-auteur van Rutgers University) bleek echter dat materie in microzwaartekracht spontaan sterke elektrische ladingen ontwikkelt en aan elkaar blijft plakken. Deze bevindingen zouden het lange mysterie van de vorming van planeten kunnen oplossen.
Simpel gezegd, natuurkundigen zijn in het duister geweest over hoe nevelmateriaal zich kan ophopen om grote lichamen in de ruimte te vormen. Terwijl hechting ertoe kan leiden dat stofdeeltjes aan elkaar blijven plakken en grote deeltjes door onderlinge zwaartekracht worden samengetrokken, is de tussenfase ongrijpbaar gebleven. In feite hebben objecten die variëren van millimeters en centimeters de neiging om tegen elkaar te stuiteren in plaats van aan elkaar te plakken.
Omwille van hun studie, die onlangs in het tijdschrift verscheen Natuur, voerde het team een experiment uit waarbij glasdeeltjes in microzwaartekrachtsomstandigheden werden geplaatst om te zien hoe ze zich gedroegen. Verrassend genoeg ontdekte het team dat de deeltjes sterke elektrische ladingen ontwikkelden. Zo sterk zelfs dat ze elkaar polariseerden en zich als magneten gedroegen.
Het team volgde dit op door computersimulaties uit te voeren om te zien of dit proces de kloof kon overbruggen tussen fijne deeltjes die tegen elkaar klonteren en grotere objecten die door onderlinge zwaartekracht aggregeren. Wat ze hier ontdekten, was dat modellen voor planetaire vorming het eens waren met hun experimentgegevens, zolang er elektrisch geladen is.
Deze resultaten vullen effectief een langdurige kloof in het meest algemeen aanvaarde model van planetaire vorming. Bovendien zouden ze hier op aarde talloze industriële toepassingen kunnen hebben. Zei Troy Shinbrot, hoogleraar biomedische technologie aan de Rutgers University-New Brunswick en co-auteur van het onderzoek:
'Misschien hebben we een fundamenteel obstakel overwonnen om te begrijpen hoe planeten ontstaan. Er zijn ook mechanismen geïdentificeerd voor het genereren van aggregaten in industriële processen en die - hopelijk - in de toekomst kunnen worden beheerst. Beide resultaten hangen af van een nieuw inzicht dat elektrische polarisatie centraal staat bij aggregatie. ”
Het potentieel voor industriële toepassingen is te danken aan het feit dat vergelijkbare processen op aarde worden gebruikt bij de productie van alles, van kunststoffen tot farmaceutische producten. Deze bestaat uit gasdruk die wordt gebruikt om deeltjes naar boven te duwen, gedurende welke tijd ze kunnen aggregeren als gevolg van statische elektriciteit. Dit kan apparatuurstoringen veroorzaken en leiden tot gebreken in het eindproduct.
Deze studie zou daarom kunnen leiden tot de introductie van nieuwe methoden in industriële verwerking die effectiever zouden zijn dan traditionele elektrostatische controles. Bovendien zou het kunnen leiden tot een verfijning van de theorieën over planetaire vorming door de ontbrekende schakel te verschaffen tussen fijne deeltjes en grotere aggregaten.
Weer een mysterie opgelost, antwoord op puzzelstukje. Een stap dichter bij het beantwoorden van de fundamentele vraag: 'hoe is het allemaal begonnen?'
