Detailansicht
Impact of growing planets on the long-term evolution of protoplanetary disks
Ines Ringseis
Art der Arbeit
Masterarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Geowissenschaften, Geographie und Astronomie
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Masterstudium Astronomie
Betreuer*in
Manuel Güdel
DOI
10.25365/thesis.74162
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-19139.72581.722019-2
Link zu u:search
(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Kontext: Um die Entstehung und Entwicklung von Planetensystemen zu verstehen, muss man die physikalischen Prozesse in protoplanetaren Scheiben und deren Fähigkeit, Planeten zu formen, untersuchen und verstehen. Die Existenz solcher Scheiben und die Präsenz von Lücken in ihnen und darin wachsenden Planeten wurde bereits beobachtet. Theorien besagen, dass, unter anderem, Planeten, die groß genug sind und daher viel Masse akkretieren, Verursacher solcher Lücken sind. Diese Arbeit simuliert den Effekt von wachsenden Planeten auf die Langzeit-Entwicklung der protoplanetaren Scheibe. Ziele: Das Ziel dieser Arbeit ist es, bereits beobachtete und simulierte Phänomene in protoplanetaren Scheiben, hervorgerufen durch akkretierende Planeten, zu reproduzieren um die Richtigkeit unserer einzigartigen Methode zu verifizieren. Ebenso sollen neue Erkenntnisse, wie z.B. der Einfluss von entstehenden Gaps auf, nur in Modellen mit geschichteter Viskosität auftretende, episodische Akkretionsereignisse gewonnen werden. Methoden: Die Berechnungen werden mit dem achsensymmetrischen impliziten 1+1D Strahlungs-hydrodynamik-Code TAPIR durchgeführt. Mit diesem können Langzeit- entwicklungen von Scheiben mit geschichteter Viskosität modelliert werden. Besonders gut können die Prozesse am Innenrand der Scheibe berechnet werden. Der Planet ist modelliert als Sinkterm, welcher im Bondi-Regime Masse aus der Scheibe akkretiert. Der Sinkterm kann auf die Bedienungen in der Scheibe reagieren und seine Akkretionsrate dazu anpassen. Resultate: Ein Planet, dessen Akkretionsrate den Massenfluss durch die Scheibe an dieser Stelle übersteigt, kann eine Lücke in der Gasscheibe öffnen. Dies beeinflusst die En- twicklung von der protoplanetaren Scheibe. Deren Gesamtmasse und die Akkretionsrate auf den Stern verringert sich dadurch rasch. Nach der Entstehung der Lücke entleert sich die innere Scheibe unbeeinflusst, während die äußere weiter besteht. Dies führt zu einem früheren Stopp von Bursts wenn sich ein Gap in der Scheibe öffnet. Planeten, die in einer burstenden Scheibe wachsen, können schneller an Masse zunehmen als jene die sich in nicht-burstenden Scheiben entwickeln. Fazit: Die Ergebnisse zeigen, dass viele, durch Beobachtungen und andere Simulationen gefundene Phänomene, mit diesen Methoden nachproduziert werden können. Mögliche Abweichungen von bisherigen Erkenntnissen aus anderen Studien können von numerischen Limitierungen und einfachen Approximationen des implementierten Sinkterms kommen. Jedoch stimmen die meisten Ergebnisse recht gut mit bisherigen publizierten Arbeiten überein und einige Ergebnisse sind noch präziser und umfangreicher als andere bisherige Simulationen. Die Ergebnisse bringen neue Einblicke in diese Thematik.
Abstract
(Englisch)
Context: To understand the formation and evolution of planetary systems the physical processes in protoplanetary disks (PPD) and their ability to form planets must be studied. The existence of gaps in such disks has been observed as well as the presence of growing planets within them. Theories suggest that without limitations planets with a high enough mass accretion rate can trigger the occurrence of such gaps. This work simulates the impact of growing planets on the long-term evolution of protoplanetary disks. Aims: This thesis’ aim is to reproduce already observed and simulated effects on the evolution of PPDs induced by a growing planet to verify the correctness of our unique code. Another aim is to potentially find new results, like e.g. the impact of a developing gap on episodic accretion events which only occur in the theory of layered-disk models. Methods: The calculations were made with the axisymmetric implicit 1+1D radiation hydrodynamics code TAPIR. It allows to simulate the long-term evolution of PPDs using a layered-viscosity model. It also enables a self-consistent treatment of the innermost disk region. The planet is modelled as a time-depended sink term which accretes material in the Bondi-regime. This sink term can react to the properties provided by the PPD. Results: A planet with a mass accretion rate exceeding the mass flux in the disk at the planet’s position is able to trigger gap formation, which influences the evolution of the embedding disk. The total disk mass and therefore also the star’s mass accretion rate decreases rapidly. After the formation of a gap the inner disk empties unopposed, whereas the outer disk persists for a considerably longer time. This leads to an earlier disappearance of an out-bursting behaviour of the disk. Planets which evolve in a disk with a high burst frequency are able to gain mass much faster which leads to a different evolutionary track than for planets embedded in quiescent disks. Conclusion: The results show that many observational effects and models done with other simulations can be reproduced by this code. Some results of this thesis differ from results of other works, which can be caused by numerical limitations and the usage of simple sink term properties approximations. But most results coincide with results from other published works and are partly more detailed due to the used method. The results of this work yield new insights to this topic.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Deutsch)
Protoplanetare Scheibe Langzeitentwicklung Planeten Akkretion Gaps
Schlagwörter
(Englisch)
Protoplanetary disk long-term evolution planets accretion Gaps
Autor*innen
Ines Ringseis
Haupttitel (Englisch)
Impact of growing planets on the long-term evolution of protoplanetary disks
Paralleltitel (Deutsch)
Einfluss wachsender Planeten auf die Langzeitentwicklung protoplanetarer Scheiben
Publikationsjahr
2023
Umfangsangabe
viii, 90 Seiten : Illustrationen
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Manuel Güdel
AC Nummer
AC16928904
Utheses ID
68056
Studienkennzahl
UA | 066 | 861 | |