From Dust to Planets: Dust Aggregation in the Post-Fractal Growth Regime

Güttler, Carsten

The formation of planets and especially the first aggregation phase from (sub-)micrometer-sized dust grains into larger bodies is not understood. In this work, experiments are presented to study this growth phase. Based on new as well as previously published experiments, a model is then constructed that makes an outcome prediction for every possible dust aggregate collision, i.e. in terms of sticking, bouncing, and fragmentation. This model is necessary to understand the full evolution of dust aggregates in a protoplanetary disk environment, and the result is that the dust readily aggregates into centimeter-sized pebbles until bouncing collisions inhibit the further growth. Although the ultimate growth to even larger bodies can actually not be explained, this study presents the first conclusive picture for the growth from micrometer-sized dust grains to centimeter-sized, porous dust aggregates.

Die Entstehung von Planeten und im Besonderen die erste Aggregations-Phase von (Sub-)Mikrometer großen Staub Teilchen in größere Körper ist in weiten Teilen nicht verstanden. In dieser Arbeit werden Experimente präsentiert, um diese erste Wachstumsphase zu erforschen. Basierend auf neuen sowie bereits publizierten Experimenten wird dann ein Modell konstruiert, welches eine Vorhersage über das Ergebnis jeder möglichen Staubagglomerat-Kollision macht, d.h. ob diese zu Haftung, Abprallen oder Fragmentation führt. Dieses Modell ist nötig um die Entwicklung von Staub in einer Protoplanetaren Scheibe zu verstehen zu können, und das Ergebnis ist, dass der Staub bis zu Zentimeter Größe agglomeriert und das weitere Wachstum dann durch abprallende Stöße gehemmt wird. Obwohl das weitere Wachstum zu größeren Körpern letztlich nicht geklärt werden kann, wird in dieser Arbeit erstmals ein schlüssiger Weg für das Wachstum von Mikrometer großen Staubkörnern zu Zentimeter großen, porösen Staubaggregaten dargelegt.

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Güttler, Carsten: From Dust to Planets: Dust Aggregation in the Post-Fractal Growth Regime. 2009.

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