Planet migration in evolving protoplanetary discs
(2018) In Lund Observatory Examensarbeten ASTM31 20181Lund Observatory - Undergoing reorganization
Department of Astronomy and Theoretical Physics - Undergoing reorganization
- Abstract
- The rate of migration and accretion onto protoplanets is greatly influenced by the structure of the surrounding protoplanetary disc. This structure changes with time as the disc evolves on a million year timescale, implying that the process of planet formation might look very different depending on when it was initiated. Further on, the evolution of the disc structure is affected on smaller timescales by the presence of the planet, the most obvious effect being the planetary induced gap. In this project I will determine how much planet formation affects disc evolution. To do so I perform 1D simulations of an evolving viscous disc that is perturbed by an embedded planet that migrates and accretes gas. I will consider different models for... (More)
- The rate of migration and accretion onto protoplanets is greatly influenced by the structure of the surrounding protoplanetary disc. This structure changes with time as the disc evolves on a million year timescale, implying that the process of planet formation might look very different depending on when it was initiated. Further on, the evolution of the disc structure is affected on smaller timescales by the presence of the planet, the most obvious effect being the planetary induced gap. In this project I will determine how much planet formation affects disc evolution. To do so I perform 1D simulations of an evolving viscous disc that is perturbed by an embedded planet that migrates and accretes gas. I will consider different models for migration and gas accretion, and compare the results to observations of protoplanetary discs with the ALMA telescopes. From the results I can confirm what was previously known, namely that 1D simulations yield deeper and narrower planetary gaps than their higher dimensional counterparts. The removal of gas from the disc due to gas accretion onto the planet significantly alters the final mass and semimajor axis of the planet. From my simulations I also find that the classical Type-I and Type-II migration scenario results in that most planets migrate to the inner edge of the protoplanetary disc. This can be avoided using a new migration model where the planets never enter into the Type-II regime, but continue to migrate under the actions of disc torques that are decreased by the opening of the planetary gap. In this scenario planets that start to accrete gas close to the star will migrate a short distance and then continue to accrete gas practically in-situ, while planets that start to accrete gas further out in the disc will migrate a longer distance before the migration halts. (Less)
- Popular Abstract (Swedish)
- En nyfödd stjärna är omgiven av en disk som består till mestadels av gas med en liten andel grus, en så kallad protoplanetarisk disk. Det är i den här disken som planeter bildas, och likt planeter så roterar den runt solen. En viktig egenskap hos den protoplanetariska disken är att den förändras med tiden. Stjärnans gravitation drar till sig material från disken, vilken gör att den blir mindre och mindre massiv ju längre tiden går. Samtidigt kommer strålning från stjärnan att värma gasen i disken och få topplagret att avdunsta. Dessa två processer gör att all gas i disken har försvunnit efter bara några miljoner år.
Några miljoner år är en väldigt kort period om man jämför med åldern på solsystemet, och under den här tiden måste alla... (More) - En nyfödd stjärna är omgiven av en disk som består till mestadels av gas med en liten andel grus, en så kallad protoplanetarisk disk. Det är i den här disken som planeter bildas, och likt planeter så roterar den runt solen. En viktig egenskap hos den protoplanetariska disken är att den förändras med tiden. Stjärnans gravitation drar till sig material från disken, vilken gör att den blir mindre och mindre massiv ju längre tiden går. Samtidigt kommer strålning från stjärnan att värma gasen i disken och få topplagret att avdunsta. Dessa två processer gör att all gas i disken har försvunnit efter bara några miljoner år.
Några miljoner år är en väldigt kort period om man jämför med åldern på solsystemet, och under den här tiden måste alla planeter som består till största del utav gas hinna bildas. Sådana planeter kallas för gasjättar, och ett exempel på en gasjätte är Saturnus. Saturnus består av en fast kärna som är omgiven av en enorm mängd gas. Massan av Saturnus kärna är ungefär 10 gånger större än Jordens massa, och massan av gasen som omger den är hela 85 gånger större än Jordens massa. Denna jätteplanet måste alltså bildas på bara några miljoner år. Hur detta sker är fortfarande inte helt förstått. De steg som är involverade är: 1) gruskorn som kolliderar med varandra, fastnar och bildar småsten; 2) Om densiteten av småsten någonstans i disken blir tillräckligt hög så kan gravitationen binda ihop dem till asteriod-liknande objekt; 3) De största av dessa objekten fortsätter att växa genom att dra till sig mindre objekt; 4) Om dessa blir tillräckligt stora kan de börja dra till sig gas och utvecklas till gasjättar. I mitt projekt kommer jag att undersöka det sista steget, hur en planetkärna drar till sig gas.
Under tiden som planeten bildas kommer den att röra sig radiellt (migrera) genom disken. Till exempel, om en planetkärna bildas långt ut i disken vid Neptunus och Uranus, så kanske den befinner sig vid Jupiter när den har vuxit klart. Migration av planeter är ett stort problem inom planetformation, eftersom de flesta migrationsmodellerna vi har leder till att planeterna vandrar alldeles för snabbt och blir uppätna av stjärnan. I mitt projekt kommer jag att undersöka en ny modell för planetmigration som gör att planeterna inte blir uppätna av stjärnan.
Eftersom planeter bildas i disken, och eftersom allt material som de är uppbyggda av kommer ifrån den, så kommer planeterna att påverkas mycket av hur disken ser ut. Men kan planeterna påverka disken? Radioteleskopet ALMA, som består av 66 stora samarbetande teleskop, har lyckats ta bilder på ett antal protoplanetariska diskar. Diskarna på dessa bilder har mörka ringar i sig. Man tror att dessa ringar bildas av att planeter puttar bort material från sin bana när de roterar i disken. Planeterna gräver alltså ett hål i disken när de bildas, och ju mer massiv en planet är, desto djupare blir hålet. Alltså kan planeterna påverka disken på minst ett sätt, och hur stor denna påverkan är, är ytterligare en sak som jag kommer att undersöka. (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
http://lup.lub.lu.se/student-papers/record/8951612
- author
- Eriksson, Linn LU
- supervisor
- organization
- course
- ASTM31 20181
- year
- 2018
- type
- H2 - Master's Degree (Two Years)
- subject
- keywords
- Planets and satellites: formation, Protoplanetary discs: evolution, Planet-disc interactions
- publication/series
- Lund Observatory Examensarbeten
- report number
- 2018-EXA134
- language
- English
- id
- 8951612
- date added to LUP
- 2018-06-29 13:38:25
- date last changed
- 2022-07-05 15:03:43
@misc{8951612,
abstract = {{The rate of migration and accretion onto protoplanets is greatly influenced by the structure of the surrounding protoplanetary disc. This structure changes with time as the disc evolves on a million year timescale, implying that the process of planet formation might look very different depending on when it was initiated. Further on, the evolution of the disc structure is affected on smaller timescales by the presence of the planet, the most obvious effect being the planetary induced gap. In this project I will determine how much planet formation affects disc evolution. To do so I perform 1D simulations of an evolving viscous disc that is perturbed by an embedded planet that migrates and accretes gas. I will consider different models for migration and gas accretion, and compare the results to observations of protoplanetary discs with the ALMA telescopes. From the results I can confirm what was previously known, namely that 1D simulations yield deeper and narrower planetary gaps than their higher dimensional counterparts. The removal of gas from the disc due to gas accretion onto the planet significantly alters the final mass and semimajor axis of the planet. From my simulations I also find that the classical Type-I and Type-II migration scenario results in that most planets migrate to the inner edge of the protoplanetary disc. This can be avoided using a new migration model where the planets never enter into the Type-II regime, but continue to migrate under the actions of disc torques that are decreased by the opening of the planetary gap. In this scenario planets that start to accrete gas close to the star will migrate a short distance and then continue to accrete gas practically in-situ, while planets that start to accrete gas further out in the disc will migrate a longer distance before the migration halts.}},
author = {{Eriksson, Linn}},
language = {{eng}},
note = {{Student Paper}},
series = {{Lund Observatory Examensarbeten}},
title = {{Planet migration in evolving protoplanetary discs}},
year = {{2018}},
}