يُعد تحديد مستوى الاضطراب وحجم الحصى في الأقراص ما قبل الكوكبية خطوة أساسية لفهم ديناميكية الغاز والغبار في هذه الأقراص، وهي من الخصائص الحاسمة لتكوين الكواكب. أظهرت التجارب المعملية الحديثة أن التصادمات الكارثية لجزيئات الغبار الجليدية قد تحدث عند سرعات أقل بكثير مما كان يُعتقد سابقًا، مما يخفض الحجم الأقصى للحبيبات المتحقق في نماذج النمو التصادمي.
من خلال التوزيع الطيفي الشعاعي لأحجام الحبيبات المستنتج من الملاحظات متعددة الأطوال الموجية باستخدام مراصد ALMA وVLA، نقترح نموذجًا مبسطًا لتفسير هذه الظاهرة، بهدف تقييد مستوى الاضطراب في الطبقة الوسطى للأقراص ما قبل الكوكبية.
يعتمد نهجنا على فرضية أن عتبة التفتت تمثل العامل الأساسي الذي يحدد الحد الأقصى لحجم الحبيبات. وبناءً على ذلك، يمكن أن يوفر حجم الحبيبات عند موقع الحلقة مؤشرًا مباشرًا على سرعة التصادمات المضطربة، وبالتالي مستوى الاضطراب في منتصف القرص. نؤكد صحة هذه الطريقة باستخدام شفرة Dustpy التي تحاكي نقل الغبار وتكتله.
طبقنا طريقتنا على سبعة أقراص: TW Hya، IM Lup، GM Aur، AS 209، HL Tau، HD 163296، وMWC 480، حيث استُنتج حجم الحبيبات من خلال تحليل الانبعاث المستمر متعدد الأطوال الموجية. أظهرت نتائجنا توافقًا عامًا مع معامل اضطراب منخفض يبلغ \(\alpha\sim10^{-4}\) في خمسة من الأقراص السبعة عند افتراض سرعة تفتت مقدارها \(v_{\rm frag}=1{\rm \,m\,s}^{-1}\). أما سرعة التفتت الأعلى فتعني ضرورة اعتماد معامل اضطراب أكبر بكثير من القيم المحددة حاليًا. يبرز قرص IM Lup بمعامل اضطراب أعلى نسبيًا يبلغ \(10^{-3}\). ومن اللافت أن قرص HL Tau يظهر زيادة في \(\alpha\) مع ازدياد البُعد، مما يشير إلى تصاعد الاضطراب في المناطق الخارجية للقرص، وربما يرتبط باستمرار تساقط المادة عليه. بدلاً من ذلك، إذا ظل الاضطراب منخفضًا، فقد يدل ذلك على أن الحبيبات في المنطقة الخارجية لم تصل بعد إلى حاجز النمو.
نخلص إلى أن حجم الحبيبات دون المليمتر المحصور حاليًا في هذه الأقراص يشير إلى مستويات منخفضة من الاضطراب، وهو ما يتوافق مع هشاشة الحبيبات المنسجمة مع نتائج التجارب المعملية الحديثة.
في ظل التطورات الأخيرة في نظرية الحقول الكمومية، أحرزنا تقدمًا كبيرًا في فهم التفاعلات الأساسية. وفقًا لنظرية النسبية العامة لأينشتاين (Einstein)، تُفسَّر الجاذبية على أنها انحناء في نسيج الزمكان بفعل الكتلة. والعلاقة الرياضية التي تعبِّر عن هذا التأثير هي:
\[G_{\mu\nu} + \Lambda g_{\mu\nu} = \frac{8\pi G}{c^4} T_{\mu\nu}\]
حيث \(G_{\mu\nu}\) هو موتر أينشتاين، و\(\Lambda\) هو ثابت الكون، و\(g_{\mu\nu}\) هو موتر الزمكان، و\(T_{\mu\nu}\) هو موتر الطاقة-الزخم.
في السياق ذاته، طُوِّر النموذج المعياري (Standard Model) للجسيمات الأولية، الذي يصف القوى الأساسية الثلاث (الكهرومغناطيسية والضعيفة والقوية) والجسيمات المرتبطة بها. ويُعبر عنه بالمعادلة التالية:
\[\mathcal{L} = -\frac{1}{4} F_{\mu\nu}F^{\mu\nu} + \bar{\psi}(i\gamma^\mu D_\mu - m)\psi + h.c.\]
حيث \(\mathcal{L}\) هي الكثافة اللاغرانجية للنظام، و\(F_{\mu\nu}\) هو موتر المجال الكهرومغناطيسي، و\( \psi\) هو حقل الفرميون، و\(D_\mu\) هو المشتقة الكوفاريانتية.
يُظهر تحليل النتائج توافقًا كبيرًا بين التنبؤات النظرية والبيانات التجريبية، مما يعزز صحة النموذج المعياري (Standard Model) ونظرية النسبية العامة لأينشتاين (Einstein) في وصف الظواهر الفيزيائية. ومع ذلك، لا تزال هناك بعض الأسئلة المفتوحة مثل مشكلة المادة المظلمة والطاقة المظلمة التي تتطلب مزيدًا من البحث.
في ختام هذه الدراسة، يبدو أن التقدم في نظرية الحقول الكمومية ونظرية الجاذبية ساهم بشكل كبير في تعميق فهمنا للكون. تؤكد النتائج التي توصلنا إليها الدور الأساسي لهذه النظريات في الفيزياء الحديثة، مع استمرار البحث لرصد أسرار كونية إضافية وحل الألغاز المتبقية.
تُعتبر جسيمات الغبار ذات الحجم نصف المليمتر وما دون، والمعروفة عادةً بالحصى، اللبنات الأساسية لتكوين الكواكب. وللفهم الجيد لعملية التكوين، من الضروري دراسة خصائص هذه الحصى، ونمو تكتلاتها، والديناميكا الهوائية لها.
في الأقراص الكوكبية الأولية، تنحرف حركة الغاز عن السرعات الكيبلرية بفعل دعم الضغط، فيُسحب الحصى بواسطة الغاز مما يغير زخمها الزاوي ويؤدي إلى انجراف شعاعي (Weidenschilling1977a). وبما أن الغاز في هذه الأقراص لزج، فإن الحصى يخضع أيضًا للانتشار بفعل الخلط المضطرب (OrmelCuzzi2007, YoudinLithwick2007). وتعتمد هذه التأثيرات جميعها على حجم الحصى الذي يتطور نتيجة التوازن بين التصادمات اللاصقة والتفتت (BrauerEtal2008, BirnstielEtal2010) والارتداد (ZsomEtal2010, WindmarkEtal2012a) والانجراف الشعاعي (BirnstielEtal2012).