Oferta de Tesis de Postgrado

15-Abril-2019: El prof. Nicolás Mujica de la U de Chile ofrece la tesis de postgrado titulada:

Estudio del efecto de tribocarga en el crecimiento de grumos granulares y su relevancia para la formación de planetas.

Esta tesis se inscribe en el proyecto QUIMAL Experimental Astrophysical Research into Terrestrial growtH (EARTH)

A pesar de la evidencia obvia de la existencia de los planetas terrestres, no hay acuerdo sobre el o los mecanismos físicos que permitan su formación a partir de polvo que orbita en los discos de acreción, los llamados discos protoplanetarios (PPD). A partir de partículas de tamaño de 1 μm es necesario llegar a objetos rocosos de 1 km de diámetro para que la gravedad pueda actuar acretando más material; son los objetos de este tamaño los que se denominan planetesimales. Existen diversos mecanismos que permiten el crecimiento de grumos granulares pero también otros que frenan su evolución, como la fragmentación por impacto, la erosión y la caída al centro del PPD debido a la pérdida de momento angular por fricción con el gas del disco, el cual orbita en forma sub-Kepleriana. Esto conduce a la llamada barrera del metro: teóricamente no debiesen existir objetos masivos mayores a esta escala, cosa en abierta contradicción a lo observado [1].
En el marco del proyecto Experimental Astrophysical Research into Terrestrial growtH, proponemos investigar la formación de planetesimales en discos protoplanetarios desde el punto de vista de la física granular. En particular queremos dilucidar sobre el rol de la tribocarga entre partículas granulares, que consiste en el intercambio de cargas entre ellas tras estar en contacto. Este efecto ha sido propuesto como un posible mecanismo esencial para el crecimiento de grumos granulares [2], hasta ahora más bien ignorado. Nuestro objetivo inmediato es desarrollar experimentos que aborden cómo las diferentes interacciones por pares y, en general, las partículas y las propiedades de colisión, conducen al crecimiento sostenido del clúster y, en última instancia, a los planetesimales que se acumulan por la gravedad. En el primer experimento se propone utilizar un aparato de caída libre, de 3 m de altura, para observar y caracterizar colisiones de a pares de partículas. Se medirán las cargas eléctricas en condiciones de vacío y gravedad cero de los PPD. En el segundo experimento, exploraremos las colisiones entre granos individuales o grumos de partículas usando levitación acústica [3,4]. De esta forma tendremos un control mucho mayor sobre las condiciones de las colisiones y los posibles resultados de éstos (cohesión o fragmentación); en particular se espera poder controlar la energía de impacto, el numero de componentes de cada grumo, el tipo de material, la existencia de rotación o no, el parámetro de impacto, etc. Trabajando con muestras de meteoritos reales y análogas, probaremos, por primera vez, la eficacia de la tribocarga de mismo material en la agrupación de PPD. El resultado de estos experimentos será el retrato de fase más completo hasta la fecha de la eficiencia de agregación colisional (sticking efficiency) en función de los parámetros anteriormente descritos, lo que utilizaremos como entrada para simulaciones numéricas que se ejecutarán por tiempos de interacción mucho más largos, en colaboración con astrónomos y físicos teóricos.

Referencias
[1] J. Blum and G. Wurm, The Growth Mechanisms of Macroscopic Bodies in Protoplanetary Disks, Annu. Rev. Astron. Astrophys. 48, 21 – 56 (2008).
[2] V. Lee, S.R. Waitukaitis, M.Z. Miskin and H.M. Jaeger, Direct Observation of Particle Interactions and Clustering in Charged Granular Streams, Nature Physics 11, 733 (2015).
[3] D. Foresti, M. Nabavi, M. Klingauf, A. Ferrari and D. Poulikakos, Acoustophoretic contactless transport and handling of matter in air, PNAS 110, 12549-12554 (2013).
[4] V. Lee, N.M. James, S.R. Waitukaitis, and H.M. Jaeger, Collisional charging of individual submillimeter particles: Using ultrasonic levitation to initiate and track charge transfer, Phys. Rev. Materials 2, 035602 (2018).

Más detalles sobre el proyecto en https://goo.gl/1ZHru1. Los interesados enviar email a nmujica@dfi.uchile.cl.

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