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La taille détermine l'adhérence des agrégats de poussière cosmique

Les agrégats de poussière de microparticules, dont on pense qu’ils jouent un rôle dans la development de nouvelles planètes, sont moins susceptibles de se coller après une collision lorsque les agrégats sont as well as gros.

Les preuves actuelles suggèrent que les microparticules de poussière cosmique entrent en collision et se collent pour former des agrégats de poussière plus gros qui peuvent éventuellement se combiner et se développer en planètes. Des modèles numériques qui caractérisent avec précision les ailments requises pour que les agrégats de microparticules en collision se collent, plutôt que de rebondir, sont donc primordiaux pour comprendre l’évolution des planètes. Une modélisation récente suggère que les agrégats de poussière sont moins susceptibles de s’agglutiner après une collision à mesure que la taille des agrégats augmente.

Une équipe d’astrophysiciens a effectué des simulations numériques de collisions d’agrégats de poussière, avec des agrégats de masse égale variant entre 10 000 et 140 000 microns (un à 14 cm) de taille, en utilisant des méthodes d’éléments discrets à sphère molle. Le système de modélisation discret a pris en compte chaque particule dans l’agrégat plutôt que de traiter l’agrégat comme une seule entité, et la simulation de la sphère molle a supposé la rigidité de chaque particule de l’agrégat mais a permis les déformations qui peuvent se produire lors de la collision. Leur modélisation a indiqué que l’augmentation du rayon des agrégats de poussière de microparticules diminuait la probabilité de collage, ou la probabilité que deux agrégats se collent et forment un agrégat furthermore grand après la collision.

L’équipe a publié les résultats de leur étude dans The Astrophysical Journal Letters.

“Le processus de formation de corps de la taille d’un kilomètre, les planétésimaux, à partir de la poussière cosmique, qui est l’étape initiale de la formation des planètes, a été l’un des furthermore gros problèmes de la théorie de la formation des planètes”, a déclaré Hidekazu Tanaka, l’un des auteurs de l’étude et professeur à l’Institut astronomique de la Graduate School of Science de l’Université Tohoku à Sendai, au Japon. “La présente étude a montré que les amas de poussière qui sont le matériau des planètes cessent de croître lorsqu’ils atteignent une certaine taille, vehicle les gros amas sont difficiles à adhérer les uns aux autres. Nos résultats ont rendu le problème de la development planétésimale encore furthermore difficile. La croissance adhésive des amas de poussière est un processus clé dans le processus de formation des planètes.”

Les simulations suggèrent que les rebonds collisionnels entre de gros agrégats de microparticules diminueraient la development de planétésimaux, ou les éléments constitutifs des planètes. Les planétésimaux à l’échelle du kilomètre forment des planètes par fusion collisionnelle par gravité mutuelle.

Des simulations de modélisation et des expériences de laboratoire antérieures caractérisant le seuil de la barrière collante/rebondissante des collisions d’agrégats de poussière ont souvent produit des résultats contradictoires, ce que l’équipe de recherche et d’autres ont supposé être dû à la taille variable des agrégats. Les résultats de la présente étude appuient cette hypothèse.

On ne sait pas actuellement pourquoi la taille des agrégats affecte la probabilité de collage lors d’une collision. De futures études visant à disséquer la composition d’emballage des agrégats au fil du temps pourraient aider les scientifiques à comprendre comment les agrégats peuvent se rapprocher de l’échelle des planétésimaux. Les études des sites de contact entre les agrégats, où la majeure partie de l’énergie est dissipée, après une collision peuvent également révéler remark les agrégats as well as gros finissent par s’agglutiner.

De moreover, les simulations effectuées par l’équipe de recherche suggèrent que la probabilité d’adhérence des agrégats de particules peut également être affectée par la taille des particules individuelles qui composent l’agrégat et pas seulement par le rayon de l’agrégat entier.

L’équipe reconnaît que les simulations qu’elle a effectuées dans cette étude sont loin d’être complètes. Des simulations incluant des agrégats pouvant être préparés par des procédures réalistes et traitant de l’accélération seront effectuées, et des expériences en laboratoire permettant d’affiner le modèle sont également prévues.

Au-delà de ces simulations, l’équipe vise des agrégats furthermore grands, qui pourraient changer fondamentalement les théories actuelles sur le développement des planètes. “Nous utiliserons un supercalculateur pour effectuer des simulations numériques à grande échelle de collisions entre des amas de poussière encore additionally grands afin d’étudier à quel place il est difficile pour de gros amas de poussière de s’attacher les uns aux autres. Cela aidera à régler la dilemma de savoir si la formation de planétésimaux est attainable grâce à l’adhérence d’amas de poussière ou non”, a déclaré Tanaka.