Formation of Pebble-Pile Planetesimals and the Interior Structure of Comets

Bildandet av planeter äger rum i skivor av gas, stoft och is runt nybildade stjärnor. Den här processen är inte helt förstådd men det första steget tros vara växten från mikrometer-stora stoftkorn till mm-cm-stora småstenar genom sammanväxande kollisioner. Vid de här storlekarna studsar stenarna eller går sönder snarare än fastnar i varandra när de kolliderar så tillväxten avstannar. Dessutom känner stenarna luftmotstånd från gasen i skivan vilket gör att de driver in i stjärnan på korta tidsskalor. Det har, dock, också föreslagits att gasen kan hjälpa planetbildningen genom att samla de små stenarna i gravitationellt bundna moln.

Mitt arbete fokuserar på kollapsen av sådana moln av småstenar till planetesimaler (runt 1-1,000 km-stora fasta kroppar). Under kollapsen kolliderar småstenarna med varandra och, beroende på storlek och fart, har sådana kollisioner olika följder (de kan fastna, studsa, byta massa eller gå sönder). Jag har undersökt den här kollapsprocessen med numeriska simuleringar och hur de resulterande planetesimalernas inre varierar med t.ex. planetesimalens storlek och beståndsdelar.

I solsystemet är asteroider, Kuiperbältsobjekt såväl som kometer kvarlevande planetesimaler (byggstenar till planeter) från eran av planetbildning. Planetesimaler har olika storlek och bildades olika långt ifrån solen vilket ger de olika omgivning och historia. Därför ser dessa kvarlevande planetesimalers inre olika ut. Asteroider bildades närmare solen i ett varamare och trängre område. Det gör att det har varit med om många kollisioner och är idag kompakta och saknar is. Kuiperbältsobjekt och kometer, å andra sidan, har levt sina liv i de kalla, glesa yttre delarna av solsystemet och har förblivit opåverkade vilket gör de bättre att jämföra med mitt arbete.

Resultaten av min forskning visar att kollapsen är starkt beroende av både molnets massa och storleken på stenarna. Stenmoln med låg massa har bara kollisioner där stenar studsar mot varandra och slutar som en porös hög av småsten. Mer massiva moln, å andra sidan, har kollisioner där stenarna går sönder under sin kollaps vilket resulterar in en mer kompakt blandning av småsten och stoft. De här resultaten stämmer överens med observationen att Kuiperbältsobjekt är mer kompakta ju större de är. De överensstämmer också med mätningarna av kometen 67P/Churyumov-Gerasimenkos höga porositet och den dåliga hållbarheten av kometen Shoemaker-Levy 9 som slets isär av Jupiters tidvattenkrafter 1994.