Una colaboración entre la Universidad de Nagoya y TU Braunschweig encuentra evidencia de que cuando los proyectiles impactan en grumos blandos de polvo o grumos duros de perlas de vidrio sueltas, las leyes de escala para la disipación de energía y la transferencia de energía son las mismas en cada caso. Esto ayuda a comprender cómo se unen los grumos granulares, y cómo se forman los planetas.

Los racimos granulares son un fenómeno común:mientras se hace un pastel en la cocina, la harina forma grumos. Aglomerados de polvo poroso, que son grupos de grupos de granos de polvo, se consideran materiales de construcción en la formación de planetas. Pero para revelar cómo se forman los planetas, El comportamiento físico de estos grumos de polvo debe entenderse adecuadamente. En particular, su respuesta cuando son golpeados por proyectiles es clave porque las condiciones que causan el pegado inducido por el impacto, rebote, fracturamiento etcétera, debe ser conocido para establecer un modelo plausible de formación planetaria. Dado que los aglomerados de polvo poroso se pueden considerar como materia granular, las propiedades físicas básicas de la materia granular son cruciales para construir el modelo. Un enfoque para aprender sobre la dinámica de impacto granular relacionada con el proceso de formación planetaria es mediante la observación directa, es decir, Realización de experimentos en la Tierra que simulen el entorno espacial.

Hiroaki Katsuragi, un experto en física granular de la Universidad de Nagoya, y Jürgen Blum de la Technische Universität Braunschweig han hecho precisamente eso. Blum ha construido una torre de caída donde se logran condiciones de microgravedad y vacío para imitar el entorno en el espacio (Figura 1, izquierda). Dispararon plástico proyectiles de plomo y vidrio de diferentes tamaños en masas de polvo suaves y frágiles, así como suelto, densos grupos de perlas de vidrio relativamente rígidas. Luego, el equipo analizó cuidadosamente la expansión inducida por el impacto (Figura 1, derecha) y encontró evidencia de leyes universales de transferencia de energía y escala de disipación. Además, El equipo descubrió que las leyes de escala son aplicables no solo a los grupos de aglomerados porosos, sino también a los grupos densos de perlas de vidrio.

Katsuragi, explica:"El resultado es útil para comprender en profundidad el proceso de formación de planetas. Al mismo tiempo, nos sorprende el acuerdo de la dinámica de expansión entre los conglomerados porosos (frágiles) y los conglomerados densos (rígidos). Realmente, los racimos porosos consisten en pequeños granos de polvo agrupados, y estos grupos de muchos tamaños se agrupan ellos mismos. Descubrimos que este tipo de estructura jerárquica no afecta la dinámica inducida por el impacto ".

Este estudio vincula la física de la formación planetaria y la formación de grupos a través del experimento de microgravedad. La torre de caída utilizada en el estudio es única porque los experimentos de impacto de corta duración pueden repetirse fácilmente a bajo costo. El equipo de colaboración interdisciplinario también es único. Hiroaki Katsuragi es un físico granular y Jürgen Blum es un físico planetario y ambos comparten el objetivo común de comprender el impacto de la materia granular porosa y densa.

Katsuragi dice:"Todos estamos familiarizados con los grumos de polvo:se forman cada vez que hacemos un pastel con harina. Sin embargo, la física de los cúmulos —de materia granular jerárquica— no se ha estudiado bien hasta ahora. Este estudio podría abrir una nueva dirección de investigación en la física de la materia granular ".