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Projekt
FOR 759: The formation of planets - the critical first growth phase
Fachliche Zuordnung
Physik
Geowissenschaften
Geowissenschaften
Förderung
Förderung von 2006 bis 2014
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 24367531
Die Entstehung von Planeten ist eine der Schlüsselfragen der modernen Astrophysik. Das rührt vor allem daher, dass die Frage nach der Planetenentstehung die Frage nach dem Ursprung des Lebens überhaupt auf der Erde einschließt. Mit der Entdeckung von bisher 200 extrasolaren Planeten, die um sonnenähnliche Systeme kreisen, ist innerhalb der letzten Jahre das Interesse an solchen Himmelskörpern stark gestiegen. In Zusammenarbeit von Wissenschaftlern in neun Arbeitsgruppen an den vier Universitäten Tübingen, Heidelberg, Braunschweig und Münster sowie dem Max-Planck-Institut für Astronomie will man dem Phänomen der Planetenentstehung weiter auf den Grund gehen.
Die Entstehung eines Planeten vollzieht sich parallel zur Entstehung eines Sterns. Ein Planet ist sozusagen ein Nebenprodukt, das bei der Entstehung eines Sterns entsteht. Sterne, wie die Sonne auch, sind bei ihrer Entstehung von einer sogenannten protoplanetaren Scheibe umgeben, die in etwa den Ringen des Saturns ähnelt. Im Gegensatz zu diesen Ringen aber, die nur aus Staub und Eis bestehen, setzt sich die Scheibe eines jungen Sterns aus einer Mischung von Staub, Eis und Gas zusammen.
Der erste Schritt von den Bestandteilen der Scheibe hin zum Planeten ist die Gerinnung von Staubteilchen zu immer größeren Staubklumpen, auch Staubaggregate genannt. Auch Zusammenstöße zwischen den Partikeln führen dazu, dass sie aneinander haften und größere Brocken bilden. Diese vergrößern sich durch eine Sequenz von haftenden Stößen von einem Mikrometer bis hin zu vielen tausend Kilometern. Letzteres ist dann der fertige Planet.
Die Forschergruppe beschäftigt sich hauptsächlich mit dieser ersten Phase der Planetenentstehung, das heißt mit dem Wachstum von Staubteilchen. Dazu werden umfangreiche Experimente durchgeführt. An den Universitäten in Braunschweig und Münster werden seit einigen Jahren Partikel-Zusammenstöße im Labor simuliert. Dazu werden Aggregate, die aus Milliarden von Quarz-Kügelchen aufgebaut sind, mit Geschwindigkeiten von bis zu zehn Meter pro Sekunde aufeinander geschossen und so ihre Haftungseigenschaften und die inneren physikalischen Eigenschaften der porösen Staubklumpen untersucht. Die Forscher in Heidelberg widmen sich der Frage, wie sich die Zusammensetzung der Staubaggregate bei hohen Temperaturen verändert. Eine solche Veränderung kann Auswirkungen auf das Stoßverhalten haben. An der Universität Tübingen und am Heidelberger Max-Planck-Institut für Astronomie wird erforscht, wie diese Erkenntnisse sich sowohl auf die Verteilung als auch auf die großräumige Bewegung der Partikel in der Scheibe auswirken und wie dies wiederum die Entstehung von Planeten beeinflusst. Zudem möchte man herausfinden, welche beobachtbaren Effekte man künftig mit astronomischen Methoden untersuchen kann.
Die Entstehung eines Planeten vollzieht sich parallel zur Entstehung eines Sterns. Ein Planet ist sozusagen ein Nebenprodukt, das bei der Entstehung eines Sterns entsteht. Sterne, wie die Sonne auch, sind bei ihrer Entstehung von einer sogenannten protoplanetaren Scheibe umgeben, die in etwa den Ringen des Saturns ähnelt. Im Gegensatz zu diesen Ringen aber, die nur aus Staub und Eis bestehen, setzt sich die Scheibe eines jungen Sterns aus einer Mischung von Staub, Eis und Gas zusammen.
Der erste Schritt von den Bestandteilen der Scheibe hin zum Planeten ist die Gerinnung von Staubteilchen zu immer größeren Staubklumpen, auch Staubaggregate genannt. Auch Zusammenstöße zwischen den Partikeln führen dazu, dass sie aneinander haften und größere Brocken bilden. Diese vergrößern sich durch eine Sequenz von haftenden Stößen von einem Mikrometer bis hin zu vielen tausend Kilometern. Letzteres ist dann der fertige Planet.
Die Forschergruppe beschäftigt sich hauptsächlich mit dieser ersten Phase der Planetenentstehung, das heißt mit dem Wachstum von Staubteilchen. Dazu werden umfangreiche Experimente durchgeführt. An den Universitäten in Braunschweig und Münster werden seit einigen Jahren Partikel-Zusammenstöße im Labor simuliert. Dazu werden Aggregate, die aus Milliarden von Quarz-Kügelchen aufgebaut sind, mit Geschwindigkeiten von bis zu zehn Meter pro Sekunde aufeinander geschossen und so ihre Haftungseigenschaften und die inneren physikalischen Eigenschaften der porösen Staubklumpen untersucht. Die Forscher in Heidelberg widmen sich der Frage, wie sich die Zusammensetzung der Staubaggregate bei hohen Temperaturen verändert. Eine solche Veränderung kann Auswirkungen auf das Stoßverhalten haben. An der Universität Tübingen und am Heidelberger Max-Planck-Institut für Astronomie wird erforscht, wie diese Erkenntnisse sich sowohl auf die Verteilung als auch auf die großräumige Bewegung der Partikel in der Scheibe auswirken und wie dies wiederum die Entstehung von Planeten beeinflusst. Zudem möchte man herausfinden, welche beobachtbaren Effekte man künftig mit astronomischen Methoden untersuchen kann.
DFG-Verfahren
Forschungsgruppen
Internationaler Bezug
Österreich
Projekte
- Central project (Antragsteller Kley, Wilhelm )
- Charge transfer in dust-agglomerate collisions and the efficiency of electrostatic secondary agglomeration (Antragsteller Blum, Jürgen )
- Dust Processing during the Gravitational Collapse of Particle Heaps (Antragsteller Klahr, H. Hubertus )
- Evolution of the mineralogical and chemical composition of pre-planetary disks (Antragsteller Tscharnuter, Werner M. )
- Growth Below the Meter-Size Barrier: Collision Experiments in the Bottleneck of Planet Formation (Antragsteller Blum, Jürgen )
- Growth beyond the meter-barrier: Aggregation and fragmentation in single and multiple high velocity collisions (Antragsteller Wurm, Gerhard )
- Influence of high-temperature processes on the growth of protoplanetary dust aggregates and planetesimals (Antragsteller Blum, Jürgen )
- Initial conditions of the birthplaces of planets (Antragsteller Kley, Wilhelm )
- Modeling the evolution of the dust population in protoplanetary disks (Antragsteller Dullemond, Cornelis Petrus )
- Planetesimal precursors in turbulent protoplanetary disks (Antragsteller Klahr, H. Hubertus ; Kley, Wilhelm )
- Prediction of observable quantities tracing the process of planetesimal formation (Antragsteller Wolf, Sebastian )
- Simulations of Agglomerate Collisions with Smooth Particle Hydrodynamics - Realistic Material Properties and Sticking, Bouncing and Fragmentation Statistics (Antragsteller Kley, Wilhelm )
- Thermal annealing of silicates in protoplanetary disks - Laboratory data and modelling (Antragstellerin Lattard, Dominique )
Sprecher
Professor Dr. Wilhelm Kley (†)
stellvertr. Sprecher
Professor Dr. Cornelis Petrus Dullemond; Professor Dr. Mario Trieloff
