Wachstum von Staubagglomeraten in protoplanetaren Scheiben jenseits der "Bouncing Barrier"

• Antragsteller: Professor Dr. Jürgen Blum
• Fachliche Zuordnung: Astrophysik und Astronomie
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 255668493

Wir wissen heute, dass Planeten in so genannten protoplanetaren Scheiben um junge Sterne entstehen. Mit dem Abkühlen der Scheibe kondensieren zunehmend Staubpartikel, welche durch die Wechselwirkung mit dem sie umgebenem Gas miteinander stoßen. Diese Kollisionen führen bei kleinen Geschwindigkeiten zu Haftung aufgrund von Obrflächenkräften. So entstehen zunehmend größere Staubagglomerate. Experimente zeigen aber auch, dass für zunehmend größere Agglomerate beide Stoßpartner voneinander abprallen. Bei noch größeren Stoßenergien kommt es dann zu Fragmentation der Stoßpartner. Basierend auf den experimentellen Daten wurden in den letzten Jahren mehrere Wachstumssimulationen protoplanetarer Körper durchgeführt, um die Entwicklung von Staubkörpern hin zu km-großen Planetesimalen zu untersuchen. Diese Simulationen zeigen, dass das Wachstum bei Agglomeratmassen von wenigen Gramm aufgrund von abprallenden Stößen gestoppt wird. Neueste Untersuchungen zeigen jedoch, dass weiteres Wachstum durchaus möglich ist. Im Rahmen dieses Antrags sollen zwei der potentiellen Wachstumsprozesse experimentell untersucht werden.Zum einen können Stöße, bei denen einer der Stoßpartner fragmentiert, dazu führen, dass ein Teil der Masse auf das überlebende Objekt übertragen wird. Dieser Massentransfer ist vor allem aus schnellen Stößen zwischen Agglomeraten von sehr unterschiedlicher Größe bekannt. Neuste Experimente haben jedoch gezeigt, dass auch bei Kollisionen gleich großer Objekte Wachstum möglich ist. Da bisher nur die Extremfälle gleicher und sehr unterschiedlicher Massen untersucht wurden, widmet sich dieser Antrag dem Einfluss des Größenverhältnisses der Stoßpartner auf den Masseübertrag.Zum anderen soll untersucht werden, ob die bisherige Annahme nahezu kugelförmiger und homogener Staubagglomerate gerechtfertigt ist. Unsere Vorexperimente haben gezeigt, dass haftende Stöße zwischen ca. 0,1 mm-großen Agglomeraten zur Entstehung von sehr offenen und teilweise kettenförmigen Clustern führen. Stöße zwischen diesen Clustern führen dann sogar noch bei Geschwindigkeiten zu Haftung, bei denen kompakte Objekte gleicher Masse voneinander abprallen würden. Die Entstehung und Entwickelung solcher Cluster sowie deren Stoßverhalten und das damit verbundene Wachstum sollen im Rahmen dieses Antrags in Labor- und Fallturmexperimenten untersucht werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen