BERN / LONDON (IT BOLTWISE) – Ein Forschungsteam der Universität Bern hat experimentell nachgewiesen, dass Scherströmungsinstabilitäten in protoplanetaren Scheiben auftreten können. Diese Entdeckung könnte helfen, die Lücke in der Theorie der Planetenentstehung zu schließen, die seit Jahrzehnten Wissenschaftler beschäftigt. Die Experimente wurden unter Mikrogravitationsbedingungen durchgeführt, um die Bedingungen in den planetenbildenden Regionen junger Sterne zu simulieren.
Die Entstehung von Planeten ist ein faszinierendes und komplexes Thema, das Wissenschaftler seit langem beschäftigt. In den protoplanetaren Scheiben, die junge Sterne umkreisen, laufen zahlreiche physikalische Prozesse ab, die von der Verklumpung winziger Staubpartikel bis zur Bildung massiver Gasriesen reichen. Ein zentrales Problem in der Theorie der Planetenentstehung ist die sogenannte Wachstumsbarriere, die das Wachstum von Gesteinsbrocken im Zentimeter- bis Meterbereich behindert. Diese Barriere entsteht, weil die Klumpen bei Kollisionen oft abprallen oder zerbrechen.
Seit der Jahrtausendwende haben theoretische Modelle vorgeschlagen, dass hydrodynamische Instabilitäten, wie die Scherströmungsinstabilität, diese Barriere überwinden könnten. Diese Instabilität tritt an der Grenzfläche zwischen zwei Flüssigkeiten mit unterschiedlichen Eigenschaften auf. Ein Forschungsteam unter der Leitung von Dr. Holly L. Capelo von der Universität Bern hat nun experimentell gezeigt, dass solche Instabilitäten auch unter den extrem dünnen Gasbedingungen in protoplanetaren Scheiben auftreten können.
Das TEMPus-VoLA-Experiment, das speziell für Parabelflüge entwickelt wurde, ermöglichte es, die Scherströmungsinstabilitäten unter Mikrogravitationsbedingungen zu untersuchen. Diese Bedingungen simulieren die Abwesenheit von Schwerkraft, wie sie in den protoplanetaren Scheiben herrscht. Mit Hochgeschwindigkeitskameras wurde das Verhalten von Staubpartikeln in einem extrem dünnen Gas beobachtet. Die Experimente zeigten, dass sich charakteristische Muster in der Strömung des Materials herausbilden, was die Theorie der Scherströmungsinstabilität stützt.
Obwohl Parabelflüge nur kurze Phasen der Schwerelosigkeit bieten, konnten die Forscher wichtige Erkenntnisse gewinnen. Das Team plant, das Experiment auf der Internationalen Raumstation (ISS) fortzusetzen, um die Entwicklung der Turbulenzen über längere Zeiträume zu beobachten. Diese Forschung könnte entscheidend dazu beitragen, das Verständnis der Planetenentstehung zu vertiefen und die theoretischen Modelle zu verfeinern.
Die Zusammenarbeit verschiedener Schweizer Institutionen war entscheidend für den Erfolg des Projekts. Die Universität Bern, die Universität Zürich und die ETH Zürich brachten jeweils ihr Fachwissen ein, um das Experiment zu entwickeln und durchzuführen. Diese nationale Zusammenarbeit zeigt, wie wichtig es ist, Kräfte zu bündeln, um bahnbrechende wissenschaftliche Fortschritte zu erzielen.
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