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Estimating water transfer during planetary formation using interpolated results from SPH collision catalogues
Lukas Winkler
Art der Arbeit
Masterarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Geowissenschaften, Geographie und Astronomie
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Masterstudium Astronomie
Betreuer*in
Rudolf Dvorak
DOI
10.25365/thesis.71370
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-24455.34558.947568-7
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Um zu verstehen, wie Wasser auf die Erde gekommen ist, brauchen wir ein besseres Verständnis der Spätphasen der Planetenentstehung. Viele N-Body Simulationen wurden in der Vergangenheit durchgeführt um den Massen- und Wassertransport und den Massenzuwachs, wenn protoplanetare Körper miteinander kollidieren, um die finalen Planeten zu bilden, besser zu beschreiben. Ein grundlegendes Detail, welches erst vor kurzem genauer betrachtet wurde, ist, dass während Kollisionen Masse in den Weltraum verloren geht, was die Masse und den Wasseranteil des fertigen Sonnensystems beeinflusst. Dies wird aber oft vernachlässigt und stattdessen eine perfekte Kollision ohne Massenverlust angenommen. In dieser Arbeit stellen wir zwei alternative Methoden vor, um diesen Massenverlust abzuschätzen ohne die physikalischen Details der Kollision in hoher Auflösung simulieren zu müssen. Hierzu verwenden wir ein existierendes Datenset an Kollisionsergebnissen und implementieren damit die Wasserverlustabschätzungsmethoden zusätzlich zu Perfect Merging und einem zufälligen Massenverlust. Wenn wir das Ergebnis unserer 98 N-Body Simulationen mit existierenden Ergebnissen vergleichen, können wir die meisten Effekte aus komplexeren Simulations-Setups reproduzieren. Wenn Massenverlust berücksichtigt wird, sind die gebildeten Planeten masseärmer und enthalten weniger Wasser. Außerdem berücksichtigt unsere Methoden implizit, dass frühere Kollisionen schwächer sind und zeigen, dass das meiste Wasser in wenigen späten Kollisionen auf Planeten kommt. Zuletzt können wir bestätigen, dass ohne Berücksichtigung von Hit-and-Run Kollisionsszenarien die Dauer der Bildung terrestrischer Planeten nicht zuverlässig bestimmt werden kann.
Abstract
(Englisch)
To understand how water came to Earth, we need to better understand the late stage of terrestrial planetary formation. Many N-Body simulations were run in the past describing the mass and water transport and accretion of mass when smaller planetesimals and protoplanetary embryos collide to form the final planets. One major detail that is only considered more accurately recently is the fact that during these collisions mass is lost into space, which affects the final mass and water content of the solar system. But often this is neglected in favour of assuming bodies merge perfectly without mass loss. In this thesis, we propose two alternative methods to estimate this mass loss without having to simulate the physical collision in high resolution by using an existing dataset of collision outcomes. We run a total of 98 N-Body simulations implementing these water loss estimation methods in addition to a randomized mass loss and assuming perfect merging. When comparing our results with existing research, we can reproduce most effects compared to more complex mass loss setups. When considering mass loss, final bodies are less massive and contain significantly less water. In addition, our methods implicitly takes into consideration that earlier collisions are less impactful and shows that most water is accreted in a small number of later collisions. Finally, we confirm that without considering Hit-and-Run collision scenarios, the duration of terrestrial planetary formation cannot be accurately modelled.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Deutsch)
Planetenentstehung Kollisionen Smoothed Particle Hydrodynamics Interpolation künstliche neuronale Netzwerke
Schlagwörter
(Englisch)
Planetary Formation Collisions Smoothed Particle Hydrodynamics Interpolation Artificial neural networks
Autor*innen
Lukas Winkler
Haupttitel (Englisch)
Estimating water transfer during planetary formation using interpolated results from SPH collision catalogues
Paralleltitel (Deutsch)
Abschätzung von Wassertransport während der Planetenentstehung mithilfe von interpolierten Ergebnissen aus SPH Kollisions-Katalogen
Publikationsjahr
2022
Umfangsangabe
41 Seiten : Illustrationen
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Rudolf Dvorak
AC Nummer
AC16556227
Utheses ID
62647
Studienkennzahl
UA | 066 | 861 | |