Wirbelnde Geheimnisse der Planetenentstehung

Durch ein besseres Verständnis der Natur der Gase hoffen die Wissenschaftler, mehr darüber zu erfahren, wie Teilchen miteinander interagieren und letztlich koagulieren, um Planeten zu bilden. Die Herausforderung besteht darin, korrekte Modelle für die Struktur der Scheiben zu entwickeln, mit denen sich beschreiben lässt, wie sich Dichte und Temperaturänderung abhängig vom Abstand zum Stern verändern.

Auch hinsichtlich der Stärke des vorhandenen Magnetfeldes und der Ionisationsstruktur der Scheibe müssen Annahmen gemacht werden. Die Bestimmung der Stellen, wo die Temperatur unter Umständen nicht hoch genug ist, um Elektronen aus Atomen und Molekülen zu entfernen, ist von Bedeutung um sagen zu können, wo die Turbulenz kräftiger sein wird.

Die Herausforderung im Rahmen des EU-finanzierten Projekts HALLDISCS (Hall dominated turbulence in protoplanetary discs) betraf eine technische Frage bezüglich der Magnetohydrodynamik (MHD)-Simulationen. Die bestehenden Algorithmen waren nicht in der Lage, die Art des Hall-Effekts zu erfassen.

In Plasmen von neutralen Molekülen, Ionen und Elektronen führt die die Geschwindigkeitsdifferenz zwischen den positiv und negativ geladenen Spezies zum Hall-Effekt. Zusätzlich kommt es durch Kollisionen zwischen Elektronen und Neutralen zum Ohmschen Verlust und durch Kollisionen zwischen Ionen und Neutralen zu ambipolarer Diffusion.

Das Team von HALLDISCS führte 3D-Simulationen durch, die alle drei nicht-idealen MHD-Effekte enthielten, um die Rolle des Hall-Effekts in der Gasdynamik der Scheibe zu untersuchen. Der Hall-Effekt hauchte "toten" Zonen wieder Leben ein, indem er ein Magnetfeld zusammen mit einer erheblichen Spannung in der gesamten Scheibenmittelebene erzeugte.

Insbesondere der Plasmastrom in der Mittelebene stellte sich als generell laminar heraus, was nahelegt, dass sich der der Staub sehr schnell setzt. Diese Ergebnisse stellen moderne Modelle von geschichteter Akkretion in Frage und zeigen, dass der Hall-Effekt berücksichtigt werden muss, um gleichmäßige qualitativ korrekte Ergebnisse zu erhalten.

Durch den Vergleich von Beobachtungen mit theoretischen Vorhersagen wollen die HALLDISCS-Wissenschaftler in den nächsten Jahren ihre Vermutungen zur Funktionsweise der Akkretion in Scheiben überprüfen.