宇宙尘埃聚集体在新行星的形成中扮演重要角色,当聚集体较大时,碰撞后不太可能粘在一起。
目前的证据表明,宇宙尘埃微粒相互碰撞并粘在一起,形成更大的尘埃聚集体,最终可能结合并发展成行星。因此,精确描述微粒聚集在一起而不是弹跳分开碰撞所需条件的数值模型,对于理解行星的演化至关重要。最近的模型表明,随着尘埃聚集体的大小增加,碰撞后尘埃聚集体不太可能粘在一起。
一组天体物理学家使用软球离散元方法,对大小在1万到14万微米之间的等质量聚集体进行了数值模拟。离散建模系统考虑了骨料中的每个颗粒,而不是将骨料视为单个实体,软球模拟假设了骨料中每个颗粒的刚度,但考虑了碰撞过程中可能发生的变形。
他们的模型表明,增加微粒尘埃聚集体的半径降低了粘着概率,或者两个聚集体在碰撞后粘在一起形成更大聚集体的可能性。研究小组在《天体物理学杂志通讯》上发表了他们的研究结果。
该研究的作者之一、日本仙台东北大学科学研究生院天文研究所教授田中秀和(Hidekazu Tanaka)说:“从宇宙尘埃中形成千米大小的天体,即星子,这是行星形成的初始阶段,一直是行星形成理论中最大的问题之一。”
“目前的研究表明,作为行星材料的尘埃团在增长到一定大小时停止增长,因为大的团块很难相互粘附。我们的结果使星子形成的问题变得更加困难。尘埃团块的粘附生长是行星形成过程中的关键过程。”
模拟表明,大型微粒聚集体之间的碰撞弹跳会减少星子的形成,或行星的组成部分。千米尺度的星子通过相互引力的碰撞合并形成行星。
早期的模型模拟和实验室实验通常会产生相互矛盾的结果,研究小组和其他人假设这是由于聚集物的大小不同。目前的研究结果支持这一假设。
目前还不清楚为什么聚集体的大小会影响碰撞时的粘着概率。未来的研究旨在解剖聚集体随时间的堆积结构,这可能有助于科学家理解聚集体是如何接近星子的规模的。对碰撞后聚集体之间的接触点(大部分能量在此消散)的研究也可能揭示更大的聚集体最终是如何粘在一起的。
此外,研究小组进行的模拟表明,颗粒聚集体的粘附概率也可能受到组成聚集体的单个颗粒大小的影响,而不仅仅是整个聚集体的半径。
研究小组承认,他们在这项研究中进行的模拟还远远不够全面。模拟包括可以通过现实程序准备的聚合,并解决加速问题,还计划进行实验室实验,以微调模型。
除了这些模拟之外,该团队还将目光投向了更大的聚集体,这可能会从根本上改变目前的行星发展理论。“我们将使用一台超级计算机对更大的尘埃团之间的碰撞进行大规模数值模拟,以研究大型尘埃团相互附着的困难程度。这将有助于解决星子是否可能通过尘埃团块的粘附形成的问题,”田中说。
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