Planetesimalentstehung bei hohen Temperaturen
Die Hafteigenschaften von Staubpartikeln in protoplanetaren Scheiben sind für die Bildung von Planetesimalen von großer Bedeutung. Während der frühen Phasen der Planetenentstehung wandern in der Scheibe befindliche Staubkörner durch die radiale Drift getrieben aus kalten,wasserreichen Regionen in denwarmen, inneren Teil der Scheibe und sind dabei steigenden Temperaturen ausgesetzt. Damit einher gehen Veränderungen der Zusammensetzung, der Korngröße, der Morphologie und des Wassergehalts der Partikel.
Diese Arbeit befasst sich mit dem Einfluss dieser Faktoren auf die Hafteigenschaften chondritischer Staubproben. Um die Entwicklung der in der protoplanetaren Scheibe vorhandenen Partikel zu verfolgen, werden Stücke zweier Meteoriten zu Staub gemahlen und Temperaturen bis 1400K in Vakuum und inWasserstoffatmosphäre ausgesetzt. Die Oberflächenenergie in Abhängigkeit der Temperatur wird mithilfe der als Brazilian-Test bekannten Methode zur Messung der Zugfestigkeit von millimetergroßen Staubaggregaten bestimmt. Um den Zusammehang zwischen der temperaturabhängigen Entwicklung der Oberflächenenergie und Änderungen der Zusammensetzung des Probenmaterials herzustellen, werden die Ergebnisse durch Mößbauerspektroskopiedaten ergänzt. Als besonders interessant für die Bildung von Planetesimalen stellt sich ein kleiner Bereich im Inneren der Scheibe um 1200K dadurch heraus, dass Partikelwachstum in diesem Temperaturbereich begünstigt scheint.
Im Magnetfeld des zentralen Sterns kann zudem dasWachstum von Aggregaten mit einem gewissen Anteil metallischen Eisens verstärkt werden. So liefert die in dieser Arbeit vorgestellte Idee der Curie-Line eine Grundlage für die Bildung Merkur-ähnlicher Planeten. Übersteigt das durch die radiale Drift getriebene chondritische Material die Curie-Temperatur, ändert sich die magnetische Charakteristik des im Staub eingebetteten Eisenanteils. Damit ändert sich auch die Sensitivität auf das protoplanetare Magnetfeld, wodurch sich Möglichkeiten für die Bildung eisenhaltiger Planetesimale bieten, die auch einen Einfluss auf die Ringstruktur der Scheibe haben können.
The sticking properties of dust particles in protoplanetary disks are of great importance for the formation of planetesimals. During the early stages of planet formation, dust grains located in the disk migrate driven by radial drift from cold, water-rich regions to the warm, inner part of the disk and are exposed to increasing temperatures. This is accompanied by changes in composition, grain size, morphology, and water content.
This work addresses the influence of these factors on the adhesive properties of chondritic dust samples. To follow the evolution of particles located in the protoplanetary disk, pieces of two meteorites are ground into dust and exposed to temperatures up to 1400K in vacuum and hydrogen atmospheres. The surface energy as a function of temperature is determined using the method known as the Brazilian test to measure the tensile strength of millimeter-sized dust aggregates. In order to link the temperature-dependent evolution of the surface energy to changes in the composition of the sample material, the results are supplemented by data from Mössbauer spectroscopy measurements. A small region around 1200K in the inner part of the disk turns out to be particularly interesting for the formation of planetesimals, due to the fact that particle growth seems to be favored in this temperature range.
Moreover, in the magnetic field of the central star, the growth of aggregates with some metallic iron content can be enhanced. Thus, the Curie line idea presented in this work provides a basis for the formation of Mercury-like planets. If the chondritic material driven by radial drift exceeds the Curie temperature, the iron contained in the material changes its magnetic characteristic. This changes the sensitivity to the protoplanetary magnetic field, providing opportunities for the formation of iron-rich planetesimals.