Die Frühphase der Planetenentstehung: Ein Aufbau um die zeitliche Entwicklung und Gleichgewichtszustände von vielen interagierenden sub-millimeter bis zentimeter Staub- und Eisaggregaten zu untersuchen

• Antragsteller: Professor Dr. Gerhard Wurm, seit 3/2016
• Fachliche Zuordnung: Astrophysik und Astronomie
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 237510420

Die Planetenentstehung findet in Akkretionsscheiben (protoplanetare Scheiben) um neu entstandene Sterne statt. Die Früphase des Wachstums wird durch Stöße von Staub- und Eisaggregaten dominiert: Die initial mikrometer großen Staub- und Eisaggregate kollidieren, haften durch Oberflächenkräfte und bilden so größere Aggregate, welche die Basis für weiteren Wachstum bilden. Bis zu millimeter Größe sind die Kollisionen durch Haftwechselwirkungen bestimmt. Das Ergebnis von Kollisionen von sub-mm bis mm/cm Staub- und Eisaggregaten allerdings ist bis heute nicht eindeutig, es wird sogar eine Abprallgrenze (bouncing barrier) postuliert für typische Kollisionsgeschwindigkeiten in einer Scheibe von mm/s bis cm/s. Dies könnte weiteres Wachstum verhindern (keine Haftung mehr), es könnte aber auch weiteres Wachstum fördern (Aufsammeln von kleineren Aggregaten durch größere Körper). Die mittlere Phase der Planetenentstehung ist daher noch nicht zufriedenstellend verstanden.Erst kürzlich wurde herausgefunden, dass freie Kollisionen von sub-mm bis cm Staub- und Eisaggregaten mit mm/s bis cm/s im Labor realisiert werden können, in dem mit einem Knudsen Kompressor Effekt Aggregate über einer heissen Fläche levitiert werden. Kollisionen zwischen den levitierten Staub- und Eisaggregaten mit mm/s bis cm/s sind häufig (einige pro Sekunde) zu beobachten und die Wahrscheinlichkeiten für Haftung, Abprallen und Fragmentation sowie deren Details können über einen unbegrenzten Zeitrahmen bestimmt werden. Es sind also die Details von einzelnen Kollisionen und vor allem die zeitliche Entwicklung hin zu Gleichgewichtszuständen von vielen interagierenden Staub- und Eisaggregaten experimentell zugänglich.Am inneren Rand und in den optisch dünnen Bereichen von protoplanetaren Scheiben werden die Staubaggregate vom Mutterstern beleuchtet. Es wurde ebenfalls erst vor Kurzem entdeckt, dass Staubaggregate durch eine photophoretische Kraft beschleunigt werden. Mit den vielen frei levitierenden Staubaggregaten im Labor sind Untersuchungen zur Photophorese mögliche.In diesem Projekt werden wir Kollisionsexperimente im Labor mit und ohne Photophorese durchführen: Die zeitliche Entwicklung von tausenden frei interagierenden sub-mm bis cm Staub- und Eisaggregaten ist zum ersten Mal leicht zugänglich im Labor und wird im Detail untersucht.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Ehemaliger Antragsteller: Dr. Thorben Kelling, bis 2/2016