原行星际尘埃团聚体的物理学. III. 多次碰撞中的致密化

为了研究原行星尘埃团聚体的演化，我们进行了单个高孔隙度尘埃团聚体与固体板之间多达2600次碰撞的实验。尘埃团聚体由直径为1.5$\mu$m的球形SiO$_2$颗粒组成，其初始体积填充因子（材料的体积分数）为$\phi_0=0.15$。将团聚体放置在振动基板上，从而以0.2 m s$^{-1}$的平均速度与板发生多次碰撞。通过高速摄像机观察尘埃团聚体以测量其尺寸，该尺寸随时间明显减小，作为其致密化的量度。经过1000次碰撞后，体积填充因子增加了一倍，而在约2000次碰撞后，其收敛至$\phi\approx0.36$的平衡态。在少数实验中，尽管碰撞速度远低于约1 m s$^{-1}$的典型碎裂阈值，团聚体仍发生了碎裂。团聚体的致密化影响了其面质比，进而影响了原行星云中尘埃团聚体的动力学行为和相对速度。此外，宏观材料参数，即拉伸强度、剪切强度和压缩强度，会因团聚体的致密化而发生改变，这影响了它们进一步的碰撞行为。碎裂的发生要求重新评估碎裂阈值速度。