Juhász Attila (Cambridge Uni.) Wilhelm Kley (Tüebingen Uni.) Cornelis P. Dullemond (ITA) Eduard Vorobyov (Vienna Uni.) Friday, September 19, 14

NUMERIKUS ASZTROFIZIKA KUTATÓCSOPORT A KONKOLY CSILLAGÁSZATI INTÉZETBEN

Forgácsné Dajka Emese*, (ELTE) Király Sándor (Konkoly Obs.) Kovács Tamás*, (Konkoly Obs.) Moór Attila, (Konkoly Obs.) Regály Zsolt* (Konkoly Obs.) Sándor Zsolt* (Konkoly Obs.) Szabó Róbert (Konkoly Obs.) Süli Áron* (ELTE) Tarczay-Nehéz Dóra (ELTE) Juhász Attila (Cambridge Uni.) Wilhelm Kley (Tüebingen Uni.) Cornelis P. Dullemond (ITA) Eduard Vorobyov (Vienna Uni.)

Friday, September 19, 14

1.

KUTATÁSI TERÜLETEK

• KORONG-BOLYGÓ KÖLCSÖNHATÁS vizsgálata numerikus hidrodinamikai és N–body szimulációk segítségével (GPU és párhuzamosított CPU kódokkal)

• BOLYGÓKELETKEZÉSI ELMÉLETEK vizsgálata különös tekintettel a korongbolygó kapcsolatára, planetezimálok dinamikájára, valamint különbözőő típusú bolygómigrációkra

• PORTRANSZPORT ÉS PLANETEZIMÁL-KELETKEZÉSEK vizsgálata protoplanetáris korongokban, részecske- és kétkomponensűű folyadék modellekkel

• BOLYGÓRENDSZEREK KAOTIKUS VISELKEDÉSÉNEK és hosszúidejűű stabilitásának vizsgálata hatékony káoszdetektálási módszerekkel és nagypontosságú numerikus integrátorokkal

• NAGY FELBONTÁSÚ INFRAVÖRÖS SPEKTROSZKÓPIAI megfigyelések ESO VLT/CRIRES müszerrel, protoplanetáris korongok molekuláris abszorpciójának és emissziójának modellezése radiatív transzfer módszerrel

• PROTOPLANETÁRIS- ÉS TÖRMELÉKKORONGOK nagyszögfelbontású rádióinterferometriás képek (ALMA és MATISSE műűszerekkel) modellezése radiatív transzfer módszerrel


1.









1.









1.









1.









1.









1.









2.

BOLYGÓKELETKEZÉS ELMÉLETE ÉS PROBLÉMÁI

1. aggregáció: porszemcseméret növekedése (dpor: μm → cm) 2. koaguláció: kialakulnak a planetezimálok (dpor: cm → m → km) 3. bolygómag-keletkezés: planetezimálok összeolvadnak → földszer bolygómagok (Mp 1M♁) 4. izoláció: elfogynak a planetezimálok (Mp 10M♁) 5. óriásbolygók: kritikus tömeg felett (Mp>15M♁) a gázakkréció megszalad 6. gap: résnyitás a korongban (Mp ≥M♄)

Mp

5.-6.

3.-4.

Mp≥M♄

2. Mp≤M♄ 1.

105 Friday, September 19, 14

106

5x106

id

(év)

2.



Mp

5.-6.

3.-4.

Mp≥M♄

2. Mp≤M♄ 1.

x mm-barrier 105


106

5x106

id

(év)

2.


Planetezimálok elnyelése 1CSE–távolságban 1. aggregáció: porszemcseméret növekedése (dpor: μm → cm) 2. koaguláció: kialakulnak a planetezimálok (dpor: cm → m → km) 3. bolygómag-keletkezés: planetezimálok összeolvadnak → földszer bolygómagok (Mp 1M♁) 4. izoláció: elfogynak a planetezimálok (Mp 10M♁) 5. óriásbolygók: kritikus tömeg felett (Mp>15M♁) a gázakkréció megszalad 6. gap: résnyitás a korongban (Mp ≥M♄)

Mp

5.-6.

3.-4.

Mp≥M♄

(Mordasini et al., 2010, arXiv)

x

2.

1.

x

Mp≤M♄

m-barrier

mm-barrier 105 Friday, September 19, 14

106

5x106

id

(év)

2.



Mp

5.-6.

3.-4.

x

2.

1.

x

Mp≥M♄

Mp≤M♄

m-barrier


106

5x106

id

(év)


2.

Giant planet formation 1. aggregáció: porszemcseméret növekedése (dpor: μm → cm) 2. koaguláció: kialakulnak a planetezimálok (dpor: cm → m → km) Hydrostatic growth

3. bolygómag-keletkezés: planetezimálok összeolvadnak → földszer bolygómagok (Mp 1M♁)

6. gap: résnyitás a korongban (Mp ≥M♄) C

)

5. óriásbolygók: kritikus tömeg felett (Mp>15M♁) a gázakkréció megszalad

Mass (

4. izoláció: elfogynak a planetezimálok (Mp 10M♁)

korong élettartam 3-6 x106 év

Mp

(

5.-6.

)

(Pollack et al., 1996, Icarus, 124)

5. The evolution of the core mass (solid line), envelope mass (dotted line) al mass (dashed line) from a time-dependent calculation of giant planet for-3.-4. n via core accretion (Rice & Armitage, 2003). In this illustrative calculation, is based on a slightly simplified version of the physics described in Pollack 1996), a core grows at a fixed radius of 5.2 2. AU in a disk with a solid surface −2 y !p = 10 g cm and a gaseous surface density ! = 7 × 102 g cm−2 . With oice of parameters and input physics one obtains a relatively short-lived of core formation that is followed by an extended period of slow coupled 1. h of the core and envelope. The critical core mass is exceeded and runaway m-barrier h starts after about 7–8 Myr, at which time the core mass is approximately .

x

x

Mp≥M♄

Mp≤M♄ lassú tömegnövekedés

x

mm-barrier

re at 5.2 AU in a disk with a solid surface density !p = 10 g cm−2 and a 106 urface density ! = 7 × 102 g cm−2 . They adopted10 an5opacity in the outer hat would be 19, appropriate for a solar mixture of small grains that follow an Friday, September 14

5x106

id

(év)

2.




Mp

5.-6.

3.-4.

x

2.

1.

x

x

Mp≥M♄


m-barrier


106

5x106

id

(év)

2.




Mp

5.-6. gyors I. tip. migráció 3.-4.

x

2.

1.

x

x

x

Mp≥M♄


m-barrier


106

5x106

id

(év)

2.




Mp

5.-6. gyors I. tip. migráció 3.-4.

x

2.

1.

x

x

x

Mp≥M♄


m-barrier


106

5x106

id

(év)

2.




Mp

gyors II. tip. migráció 5.-6.

gyors I. tip. migráció 3.-4.

x

2.

1.

x

x

x

x Mp≥M♄


m-barrier


106

5x106

id

(év)

2.




Mp

gyors II. tip. migráció 5.-6.

gyors I. tip. migráció 3.-4.

x

2.

1.

x

x

x

x Mp≥M♄


m-barrier


106

5x106

id

(év)

3.

KUTATÁSI EREDMÉNYEK

Trapping of giant-planet cores - I. Vortex aided trapping at the outer dead zone edge, Regály, Zs.; Sándor, Zs.; Csomós, P.; Ataiee, S., MNRAS, 2013, MNRAS, 433, 2626 • migration of giant-plant core is indeed not halted at dead zone edges • temporary migration trapping occurs only if vortex is formed • anticyclonic vortices might act as planetary cradles


3.




4.


Trapping of giant-planet cores - I. Vortex aided trapping at the outer dead zone edge, Regály, Zs.; Sándor, Zs.; Csomós, P.; Ataiee, S., MNRAS, 2013, MNRAS, 433, 2626 • migration of giant-plant core is indeed not halted at dead zone edges • temporary migration trapping occurs only if vortex is formed • anticyclonic vortices might act as planetary cradles Asymmetric ro-vibrational CO lines as a sign of an embedded giantplanet, Regály, Zs.; Király, S.; Kiss, L. L. 2014, ApJ, 785, L31 • embedded giant-planet makes the disk eccentric inside its orbit • planet-caused disk disturbances have special near-IR spectral features • giant-planets can be detected by CO near-IR line asymmetry


4.




4.




5.



1.2

dust drift

1

pressure max (zero gradient)

pressure max (zero gradient)

0.8

feeding zone barriers

0.6 0.4 0.2 0

Asymmetric ro-vibrational CO lines as a sign of an embedded giantplanet, Regály, Zs.; Király, S.; Kiss, L. L. 2014, ApJ, 785, L31 • embedded giant-planet makes disk inside its orbit eccentric • planet-caused disk disturbances have special near-IR spectral features • giant-planets are detectable by CO near-IR line asymmetry Dust depletion and accumulation in pressure maxima of transition disks, Sándor, Zs,; Regály, Zs.; Tarczai–Nehéz, D., in prep • pressure maxima formed at gap or dead zones edges are dust traps • dead zone edge can act as a dust “vacuum cleaner” • dead zone can be depleted in mm-sized dust in ~0.5Myr


-0.2

feeding zone for inner pressure max

-0.4

feeding zone for outer pressure max pressure pressure gradient surface density

-0.6 -0.8 1

10 R (au)

100

6.


Trapping of giant-planet cores - I. Vortex aided trapping at the outer dead zone edge, Regály, Zs.; Sándor, Zs.; Csomós, P.; Ataiee, S., MNRAS, 2013, MNRAS, 433, 2626 • migration of giant-plant core is indeed not halted at dead zone edges • temporary migration trapping occurs only if vortex is formed • anticyclonic vortices might act as planetary cradles Asymmetric ro-vibrational CO lines as a sign of an embedded giantplanet, Regály, Zs.; Király, S.; Kiss, L. L., 2014, ApJ, 785, L31 • embedded giant-planet makes disk inside its orbit eccentric • planet-caused disk disturbances have special near-IR spectral features • giant-planets are detectable by CO near-IR line asymmetry

300

α=10-5, t=200×103 yr (frm: #2000)

20 210

150

150 120

-10

90

90 60

-20

60

-20

30

30

0

0 -20

-10

0 X (AU)

10

-20

20

-10

0 X (AU)

10

20

ᵠvort= -45°

ᵠvort= 45°

ᵠvort= 90°

ᵠvort= -45°

ᵠvort= 45°

ᵠvort= 90°

GAP-model, α=10-5

ᵠvort= -90°

DZE-model, ∆Rdze=1Hdze


0

120 -10

ᵠvort= -90°

• vortices can be formed in gap carved by a planet or dead zone edges • vortices disappear for gap-cases and remains long for dead zone cases • dead zone or gap edge vortices scenarios (planets being in born or already formed) can be distinguished by ALMA images

180

Σ (g/cm2)

0

210

10

Y (AU)

Σ (g/cm2)

Y (AU)

Dust depletion and accumulation in pressure maxima of transition disks, Sándor, Zs,; Regály, Zs.; Tarczai–Nehéz, D., in prep

240

240

180

Interpreting Brightness Asymmetries in Transitional Disks: Vortex at Dead Zone or Planet Carved Gap Edges?, Regály, Zs.; Juhász, A.; Tarczai– Nehéz, D., in prep

270

270 20

10

• pressure maxima formed at gap or dead zones edges are dust traps • dead zone edge can act as a dust “vacuum cleaner” • dead zone can be depleted in mm-sized dust in ~0.5Myr

300

∆Rdze=1Hdze, t=200×103 yr (frm: #2000)

7.


Chaotic transients and fractal structures in planetary feeding zones: An extended formula to the isolation mass, Kovács, T,; Regály, Zs. submitted to ApJL • evidence of fractal structure of the feeding zone • provide approximation of a precise isolation mass • replenishment of the feeding zone due to the dissipation force


8.


Chaotic transients and fractal structures in planetary feeding zones: An extended formula to the isolation mass, Kovács, T,; Regály, Zs., submitted to ApJL • evidence of fractal structure of the feeding zone • provide approximation of a precise isolation mass • replenishment of the feeding zone due to the dissipation force Estimating the age of giant planet in HD95086 via ALMA observations, Regály, Zs.; Juhász A; Moór, A.; Sándor, Zs.; Kovács T., in prep • only planets in eccentric orbit create spiral patterns • spiral structure evolution is independent of planetary eccentricity • planetary age can be inferred by spiral


8.




9.




10.




11.


Chaotic transients and fractal structures in planetary feeding zones: An extended formula to the isolation mass, Kovács, T,; Regály, Zs., submitted to ApJL • evidence of fractal structure of the feeding zone • provide approximation of a precise isolation mass • replenishment of the feeding zone due to the dissipation force Estimating the age of giant planet in HD95086 via ALMA observations, Regály, Zs.; Juhász A; Moór, A.; Sándor, Zs.; Kovács T., in prep • only planets in eccentric orbit create spiral patterns • spiral structure evolution is independent of planetary eccentricity • planetary age can be inferred by spiral Collisional N-body simulation of planetary core growth, Forgács–Dajka, E.; Süli, Á.; Regály, Zs.; Kovács T.; Dobos, L., in prep • comparison of Runge-Kutta & Hermite integrator schemes • final core mass depends on the collision factor • final core mass depends on the initial condition?


11.


Chaotic transients and fractal structures in planetary feeding zones: An extended formula to the isolation mass, Kovács, T,; Regály, Zs., submitted to ApJL • evidence of fractal structure of the feeding zone • provide approximation of a precise isolation mass • replenishment of the feeding zone due to the dissipation force Estimating the age of giant planet in HD95086 via ALMA observations, Regály, Zs.; Juhász A; Moór, A.; Sándor, Zs.; Kovács T., in prep • only planets in eccentric orbit create spiral patterns • spiral structure evolution is independent of planetary eccentricity • planetary age can be inferred by spiral Collisional N-body simulation of planetary core growth, Forgács–Dajka, E.; Süli, Á.; Regály, Zs.; Kovács T.; Dobos, L., in prep • comparison of Runge-Kutta & Hermite integrator schemes • final core mass depends on the collision factor • final core mass depends on the initial condition?


Juhász Attila (Cambridge Uni.) Wilhelm Kley (Tüebingen Uni.) Cornelis P. Dullemond (ITA) Eduard Vorobyov (Vienna Uni.) Friday, September 19, 14

Recommend Documents