基于碰撞实验的原行星尘埃聚集体的孔隙率
地球与行星天体物理
2011-11-01 v1
摘要
通过粘性碰撞进行尘埃聚集是行星形成的第一步。演化中的尘埃聚集体的基本物理性质（如机械强度、热导率、气体-颗粒耦合时间）强烈依赖于其孔隙率。此外，进一步碰撞的结果也取决于碰撞聚集体的孔隙率。在实验室实验中，我们研究了通过连续撞击尺寸为 100 μm 的小尘埃聚集体（由 μm 级颗粒组成，以不同撞击速度）来生长约 3 mm 至 3 cm 的大聚集体的过程。实验表明，聚集体通过直接粘附和引力再吸积两种方式生长。后者可被视为原行星盘中气体拖曳导致碎片再吸积的合适类比。实验在 1.5 m/s 至 7 m/s 的速度范围内进行。随着撞击速度的增加，所得聚集体的体积填充因子从 1.5 m/s 时的 φ = 0.2 增加到 7 m/s 时的 φ = 0.32。这些值与目标尺寸无关。对测量的体积填充因子速度依赖性的外推表明，更高的碰撞速度不会导致更致密的聚集体。因此，φ = 0.32 标志着适合描述在 v > 6 m/s 下形成的结构的压实程度。在低于 1 m/s 的小碰撞速度下，将形成 φ ≈ 0.10 的高多孔结构。对于中等碰撞速度，孔隙率会变化。根据盘模型和由此产生的相对速度，原行星盘中直至分米大小的天体可能从高多孔（φ ≈ 0.10）演变为致密（φ = 0.32），并具有一个孔隙率变化的更复杂的中间尺寸范围。
引用
@article{arxiv.1108.1271,
title = {Porosities of Protoplanetary Dust Agglomerates from Collision Experiments},
author = {Jens Teiser and Ilka Engelhardt and Gerhard Wurm},
journal= {arXiv preprint arXiv:1108.1271},
year = {2011}
}
备注
Accepted by The Astrophysical Journal