Gravoturbulente Planetesimal Entstehung im frühen Sonnensystem

• Antragsteller: Professor Dr. H. Hubertus Klahr
• Fachliche Zuordnung: Mineralogie, Petrologie und Geochemie ; Astrophysik und Astronomie
• Förderung: Förderung von 2010 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 146496795

Wir untersuchen die Entstehung von Planetesimalen in der frühen protoplanetaren Scheibe. Planetesimalale entstehen aus kollabierenden Wolken, die aus Chondren und Matrixmaterial bestehen. Dieses Ausgangsmaterial entsteht sich durch Koagulation, Fragmentierung und radialem Drift in der Scheibe. In unserem Projekt verbinden wir Vorhersagen über das Vorkommen des Ausgangsmaterials mit der Zusammensetzung gewöhnlicher Chondrite im Rahmen der Entstehung von Planetesimalen durch Gravoturbulente Fragmentation. In diesem Bild wird das Ausgangsmaterial aus verschiedenen Gebieten der Scheibe in turbulenten Gasstrukturen (zonale Strömungen, Wirbel und Strömungsinstabilitäten) konzentriert. Die Dichten können die lokale Roche Dichte erreichen. In der neuen Förderperiode werden wir den letzten Abschnitts dieses Kollapses untersuchen und eine mögliche Aufspaltung der Materialkonzentrationen untersuchen um unsere Modelle mit den physikalischen Eigenschaften gewöhnlicher Chondrite, Asteroiden und Kometesimalen zu vergleichen. Aus unseren Simulationen der Entwicklung von Gas und Staub in der protoplanetaren Scheibe leiten wir ein zeitlich und räumlich abhängiges Vorkommen, sowie eine Größenverteilung, des Ausgangsmaterials her. Aus unseren Magnetohydrodynamik-Stimulationen von turbulenten Gasstrukturen kennen wir die lokale Konzentration des Ausgangsmaterials und welche Größenverteilung in den Überdichten auftreten wird. Diese überdichten Wolken sind der Ausgangspunkt für unsere hochauflösenden Simulationen des Gravitationskollapses mit Hydrodynamik für das Gas und Teilchen für den Staub. In diesen Simulationen wird es möglich sein die Dichte bis zur Festkörperdichte zu verfolgen und das Volumen der gebildeten Objekte mit bis zu 1000 Gitterzellen aufzulösen. Dadurch können wir, zum Beispiel, das Massenverhältnis von Chondren zum Matrixmaterial messen. Die Chondren sind die mobilsten Teilchen und sie bestimmen damit den dynamischen Kollaps. Dagegen wird das Matrixmaterial passiv vom Gas mitgenommen und dabei nur zu einem bis jetzt unbekannten Anteil einbezogen.Durch Veränderung der Anfangsbedingungen des Ausgangsmaterials (Masse, Volumen und Größenverteilung) können wir den Idealbereich zur Entstehung von bestimmtem chondritischem Material näher bestimmen. So können wir die Eigenschaften der Chondrite mit den Eigenschaften des Ausgangsmaterials sowie die zeitlichen und räumlichen Bedingungen in der Scheibe verbinden. Man kann vermuten, dass während der Entwicklung der Scheibe an verschiedenen Orten und Zeiten Chondrite mit unterschiedlicher interner Struktur entstanden sind. Durch einen Vergleich mit Beobachtungsdaten über die innere Struktur von Chondriten, ihren chemischen Variationen und der Größenverteilung von Objekten im Asterioden- und Kuipergürtel sowie der beobachteten Anzahl an binären Objekten können wir unsere Modellrechnungen des Ausgangsmaterials zur Entstehung von Planetesimalen verbessern und deren physikalischen Bedingungen testen.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1385: The first 10 Million Years of the Solar System - a Planetary Materials Approach
• Internationaler Bezug: Schweden
• Beteiligte Personen: Professor Dr. Anders Johansen; Professor Dr. Rainer Spurzem; Professor Dr. Mario Trieloff