Uma colaboração entre a Universidade de Nagoya e a TU Braunschweig encontrou evidências de que, quando os projéteis atingem aglomerados macios de poeira ou aglomerados duros de contas de vidro soltas, as leis de escala para dissipação e transferência de energia são as mesmas em cada caso. Isso ajuda a entender como os aglomerados granulares se unem, e como os planetas são formados.

Aglomerados granulares são fenômenos comuns - ao fazer um bolo na cozinha, a farinha forma aglomerados. Aglomerados de poeira porosa, que são aglomerados de grãos de poeira, são considerados materiais de construção na formação de planetas. Mas para revelar como os planetas são formados, o comportamento físico desses aglomerados de poeira deve ser devidamente compreendido. Em particular, sua resposta quando atingido por projéteis é fundamental porque as condições que causam a aderência induzida por impacto, saltando, fraturamento, e assim por diante, deve ser conhecido para estabelecer um modelo de formação planetária plausível. Uma vez que os aglomerados de poeira porosa podem ser considerados como matéria granular, as propriedades físicas básicas da matéria granular são cruciais para a construção do modelo. Uma abordagem para aprender sobre a dinâmica de impacto granular relacionada ao processo de formação planetária é por observação direta, isto é, realizando experimentos na Terra que simulam o ambiente espacial.

Hiroaki Katsuragi, um especialista em física granular da Universidade de Nagoya, e Jürgen Blum da Technische Universität Braunschweig fizeram exatamente isso. Blum construiu uma torre suspensa onde as condições de microgravidade e vácuo são alcançadas para imitar o ambiente no espaço (Figura 1, deixou). Eles dispararam plástico, projéteis de chumbo e vidro de tamanhos variados em aglomerados macios e frágeis de poeira, bem como solto, densos aglomerados de contas de vidro relativamente rígidas. A equipe então analisou cuidadosamente a expansão induzida pelo impacto (Figura 1, direita) e encontraram evidências de leis universais de escala de transferência e dissipação de energia. Além disso, a equipe descobriu que as leis de escala são aplicáveis ​​não apenas aos aglomerados de aglomerados porosos, mas também aos densos aglomerados de contas de vidro.

Katsuragi, explica:"O resultado é útil para compreender profundamente o processo de formação do planeta. Ao mesmo tempo, estamos surpresos com a concordância da dinâmica de expansão entre aglomerados porosos (frágeis) e densos (rígidos). Na realidade, os aglomerados porosos consistem em pequenos grãos de pó aglomerados, e esses clusters de muitos tamanhos são eles próprios agrupados. Descobrimos que este tipo de estrutura hierárquica não afeta a dinâmica induzida pelo impacto. "

Este estudo liga a física da formação planetária e formação de aglomerados por meio do experimento de microgravidade. A torre suspensa usada no estudo é a única que experimentos de impacto de curta duração podem ser facilmente repetidos a baixo custo. A equipe de colaboração interdisciplinar também é única. Hiroaki Katsuragi é um físico granular e Jürgen Blum é um físico planetário e ambos compartilham o objetivo comum de compreender o impacto da matéria granular porosa e densa.

Katsuragi diz, “Todos conhecemos os torrões de pó:eles se formam sempre que fazemos um bolo com farinha. No entanto, a física dos aglomerados - da matéria granular hierárquica - não foi bem estudada até agora. Este estudo pode abrir uma nova direção de pesquisa na física da matéria granular. "