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PLANETENENTSTEHUNG
Die Überwindung der Kollisionsbarriere
Redaktion / idw / Pressemitteilung der Universität Duisburg-Essen
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12. Dezember 2019

Dass Planeten in Scheiben aus Gas und Staub um junge Sonnen entstehen, gilt inzwischen als gesichert. Allerdings war bislang nicht klar, wie sich im Detail aus Staubpartikeln große Gesteinsbrocken bilden können, sollten die Partikel doch ab einer bestimmten Größe bei Kollisionen voneinander abprallen. Jetzt gibt es eine Lösung für das Problem.

Protoplanetare Scheibe

Planeten entstehen in Scheiben aus Staub und Gas um eine junge Sonne. Bild:  NASA/JPL-Caltech  [Großansicht]

Planeten entstehen in der rotierenden Gas- und Staubwolke um einen jungen Stern. Dort stoßen Staubpartikel zusammen und wachsen so zu riesigen Gesteinsbrocken. Unklar war bislang, wie das funktionieren kann. Denn sind die Teilchen ein Millimeter oder größer, sollten sie eigentlich voneinander abprallen. Physiker der Universität Duisburg-Essen glauben nun, das Rätsel gelöst zu haben: Sie konnten in Experimenten nachweisen, dass kollidierende Staubkörner sich elektrisch aufladen und deswegen aneinander haften.

"Mehl bleibt an der Wand hängen, Sand nicht", erklärt Astrophysiker Prof. Gerhard Wurm alltagsnah, wie man sich die Kollisionsbarriere von Teilchen vorstellen muss. Diese "Bouncing Barrier" in der Planetenentstehung treibt die Wissenschaft seit Jahrzehnten um. "Unbestritten ist, dass die Staubkörner, die in der protoplanetaren Scheibe zusammenstoßen, niemals direkt zu Aggregaten wachsen können, die größer als ein Millimeter sind. Dennoch kann hieraus in Millionen von Jahren ein Planet mit einem Ausmaß von 10.000 Kilometern werden. Wie geht das?"

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Die Idee der Physiker: Elektrische Ladung könnte Haftung geben. Dadurch dass die Staubaggregate immer wieder kollidieren, laden sie sich verschiedentlich auf und ziehen sich dann gegenseitig an. "Ob das tatsächlich möglich ist, haben wir systematisch und in vielen Experimenten im Fallturm in Bremen untersucht. Die Partikelwolke haben wir durch millimetergroße Glaskugeln dargestellt und die Kugeln dann miteinander stoßen lassen", erklärt Wurm. "Es war, wie wir vermutet haben: Sie haben sich positiv und negativ aufgeladen und bei den kleinen Geschwindigkeiten auch so stark, dass sie um mehrere Zentimeter gewachsen sind."

Allein auf die Experimente wollte sich das achtköpfige Team jedoch nicht verlassen. Also überprüfte die Arbeitsgruppe von Professor Dietrich Wolf (Theoretische Physik) das Ganze durch Simulationen. Nach fast zwei Jahren Forschung steht für die UDE-Physiker nun fest: Beweis erbracht – Elektrische Ladung überwindet die Kollisionsbarriere! „Wir sind sicher, eine Lücke in der Planetenentstehung geschlossen zu haben“, ist Professor Wurm überzeugt. „Noch sind aber viele Fragen offen, etwa wie groß die Aggregate am Ende werden können oder welche Rolle die Mineralzusammensetzung und die verschiedenen Temperaturen in den Gas- und Staubscheiben dabei spielen.”

Über ihre Resultate berichtet das Team in der Fachzeitschrift Nature Physics.

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Die Überwindung der Kollisionsbarriere. Diskutieren Sie mit anderen Lesern im astronews.com Forum.
siehe auch
Planeten: Planetenentstehung im Fallturm - 22. November 2018
ISS: Wie Planeten aus Staubteilchen entstehen - 19. November 2018
Planetenentstehung: Wie aus Staub Planeten werden - 3. Juni 2008
Links im WWW
Universität Duisburg-Essen
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