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Scattering properties of protoplanetary dust analogs with microwave analogy: Aggregates of fractal dimensions from 1.5 to 2.8

Authors :
Tobon Valencia, Vanesa
Geffrin, Jean-Michel
Ménard, François
Milli, Julien
Renard, Jean-Baptiste
Tortel, Hervé
Eyraud, Christelle
Litman, Amelie
Rannou, Pascal
Azar, Maalouf
Laur, Vincent
HIPE (HIPE)
Institut FRESNEL (FRESNEL)
Aix Marseille Université (AMU)-École Centrale de Marseille (ECM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Aix Marseille Université (AMU)-École Centrale de Marseille (ECM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Institut de Planétologie et d'Astrophysique de Grenoble (IPAG)
Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Observatoire des Sciences de l'Univers de Grenoble (OSUG )
Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Météo-France -Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Météo-France
Laboratoire de Physique et Chimie de l'Environnement et de l'Espace (LPC2E)
Observatoire des Sciences de l'Univers en région Centre (OSUC)
Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire de Paris
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université d'Orléans (UO)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire de Paris
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université d'Orléans (UO)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National d’Études Spatiales [Paris] (CNES)
Groupe de spectrométrie moléculaire et atmosphérique (GSMA)
Université de Reims Champagne-Ardenne (URCA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Equipe Smart Materials and Related Technologies (Lab-STICC_SMART)
Laboratoire des sciences et techniques de l'information, de la communication et de la connaissance (Lab-STICC)
École Nationale d'Ingénieurs de Brest (ENIB)-Université de Bretagne Sud (UBS)-Université de Brest (UBO)-École Nationale Supérieure de Techniques Avancées Bretagne (ENSTA Bretagne)-Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Bretagne Loire (UBL)-IMT Atlantique (IMT Atlantique)
Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-École Nationale d'Ingénieurs de Brest (ENIB)-Université de Bretagne Sud (UBS)-Université de Brest (UBO)-École Nationale Supérieure de Techniques Avancées Bretagne (ENSTA Bretagne)-Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Bretagne Loire (UBL)-IMT Atlantique (IMT Atlantique)
Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)
Université de Brest (UBO)
Source :
Astronomy and Astrophysics-A&A, Astronomy and Astrophysics-A&A, 2022, 666, pp.A68. ⟨10.1051/0004-6361/202142656⟩
Publication Year :
2022
Publisher :
EDP Sciences, 2022.

Abstract

Context. The growth of dust grains in protoplanetary disks is not understood in detail. Several studies have proposed the presence of aggregates and irregular grains to overcome the physical barriers in grain growth models. In order to understand the scattering properties of these aggregates, laboratory measurements of light scattering and microwave scattering have been developed over the last 50 years. Aims. We aim to measure the scattering properties of different protoplanetary analog aggregates with fractal dimensions of 1.5, 1.7, 2.0, 2.5, and 2.8. Methods. We used the microwave scattering technique (microwave analogy) for the measurements. The analog particles were virtually generated and fabricated by 3D printing with a controlled size (scaling factor), geometry, and refractive index. The seven analogs were measured at wavelengths ranging from 16.7 mm to 100 mm, leading to aggregate size parameters ranging from Xagg = 1 to Xagg = 20. The results were compared to finite element method calculations of the same analogs for cross-validation. Results. The phase function and the degree of linear polarization were deduced from the scattered field measurements of the different aggregates. These scattering properties are compared and discussed as a function of the fractal dimension. Conclusions. The scattering properties of aggregates with different fractal dimensions are different. Three different realizations of aggregates with the same fractal dimension but different monomer configurations yield the same phase functions. We verified that the maximum degree of linear polarization is higher for porous aggregates than for compact aggregates. Furthermore, the maximum polarization occurs at larger scattering angles for high fractal dimensions, while the half width at half maximum of the phase functions present larger values for small fractal dimensions.

Details

ISSN :
14320746 and 00046361
Volume :
666
Database :
OpenAIRE
Journal :
Astronomy & Astrophysics
Accession number :
edsair.doi.dedup.....04da5ffe294ff537df980c9e5f1282d3