Planetesimalbildung mit geladenen Partikeln

• Antragsteller: Professor Dr. Dietrich Wolf; Professor Dr. Gerhard Wurm
• Fachliche Zuordnung: Astrophysik und Astronomie
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 458889524

Nach aktuellen Modellen bilden sich terrestrische Planeten oder ihre Vorgänger, die Planetesimale aus Staubpartikeln, die in verschiedenen Phasen zu immer größeren Körpern wachsen. In einem Größenbereich zwischen Millimeter und Meter gibt es einen Übergang zwischen zwei verschiedenen Wachstumsmechanismen. Kleinere Partikel wachsen durch haftende Stöße, größere Partikel sammeln sich durch hydrodynamische Wechselwirkungen mit dem Gas der protoplanetaren Scheibe in dichten Wolken bis Gravitation zum Kollaps führt. Diese Übergangsphase nach dem Wachstum durch unmittelbar haftende Kollisionen ist wenig verstanden, kritisch und Inhalt dieses Projekts. Konkret lassen sich Partikel ab Millimetergröße in Stößen unter den Bedingungen protoplanetarer Scheiben nicht mehr durch einfache Oberflächenkräfte verbinden, um weiter zu wachsen. Allerdings laden sie sich dann durch triboelektrische Effekte auf, was nach jüngsten Forschungsergebnissen das Potential hat, eine neue Wachstumsphase einzuleiten und so relevant für den Übergangsbereich zu sein. Grundlegend ist dabei die Anziehung unterschiedlich geladener Partikel durch die Wirkung ihrer Nettoladungen aber auch durch die Wirkung von Dipolen und höheren Multipolen bei komplexeren Oberflächenladungen, was schließlich zur Bildung sehr stabiler Aggregate führt. Wie weit diese Aggregation das Wachstum von Planetesimalen voranbringt, ist derzeit unbekannt. Der Mechanismus hat jedoch das Potential, diese frühe Phase der Planetenentstehung zu dominieren und den Übergang zwischen den verschiedenen Wachstumsabschnitten überhaupt zu ermöglichen. Die triboelektrische bzw. kollisionsbedingte Aufladung wird in diesem Projekt in laborexperimentellen und numerischen Arbeiten untersucht. Konkret werden die Ladungsverteilungen und Stabilität von ladungsverstärkten Clustern in akustischen Fallen gemessen und die Ergebnisse mit numerischen Rechnungen verglichen. Darüber hinaus wird auf diesen Erkenntnissen aufbauend das Wachstum eines Partikelensembles numerisch modeliert, um zu zeigen, wie weit diese potentiell entscheidende Wachstumsphase zur Bildung von Planetesimalen beiträgt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Dr. Lothar Brendel