Föld-típusú bolygók migrációja Fizika, Földtudományok és Matematika

35 OTDK, Fizika, Földtudományok és Matematika Szekció, Csillagászat Tagozat.

Föld-típusú bolygók migrációja

Különdíj: t

Hallgató: Krupánszky Gergely
Szak: Csillagász, Képzés típusa: msc, Intézmény: Eötvös Loránd Tudományegyetem, Kar: Természettudományi Kar

Témavazető: Regály Zsolt - tudományos főmunkatárs, N N Csillagászati és Földtudományi Kutatóközpont Konkoly Thege Miklós Csillagászati Intézet

A proto-planetáris korongban lévő gáz gravitációs eredetű forgatónyomatékot fejt ki bolygóra, amely nagyban befolyásolja annak migrációját. A jelenlegi Minimum Mass Solar Nebula (MMSN) modellekben az 1 CSE távolságban keringő bolygók nagyon gyorsan (1CSE / 1000 év) migrálnak a központi csillag felé (Crida, 2009). Ez azt jelenti, hogy a bolygó 1000 év alatt belezuhan a központi csillagba. A kutatásunk célja olyan mechanizmusok vizsgálata, amelyek lelassíthatják ezt a gyors migrációt. Dolgozatomban a por gázra történő visszahatását vizsgálom numerikus hidrodinamikai modellezés segítségével. Ez a visszahatás a korábbi kutatásokban el volt hanyagolva. A por és gáz dinamikáját leíró  differenciál-egyenletrendszert nem oldható meg analitikusan, ezért numerikus módszerekre van szükség, amelyekhez számítógépes szimulációkat használunk a Computational Fluid Dynamics (CFD) módszerét felhasználva. A modellekben a GFARGO2 kódot használom, amely a témavezetőm által továbbfejlesztett FARGO kód (Masset, 2000) grafikus kártyákra optimalizált változata. A modelleket a Konkoly Thege Miklós Csillagászati Intézetben található NVIDIA Tesla C2075 és NVIDIA Tesla K80 nagyteljesítményű GPU-kon (graphic processor unit) futtattam. Első lépésként a logaritmikus és az aritmetikus struktúrájú rácshálókat hasonlítottam össze azonos modellparaméterek esetén. Ebből kiderült, hogy Föld-tömegű bolygók esetében a két rácshálóra alapuló modellek ekvivalens eredményt adnak. Mivel az aritmetikus rácshálóva kétszer gyorsabb a szimuláció, ezért a vizsgált speciális esetekben ezt ajánlott használni. Ezek után futtattam a por-visszahatást figyelembe vevő modelleket, melyek során a központi csillagtól 1CSE távolságban keringő 1 Föld-tömegu bolygóra ható forgatónyomatékot határoztam meg. Megvizsgáltam a gáz és a por által külön-külön, valamint együttesen kifejtett forgatónyomatékokat. Ezeket összehasonlítottam a por visszahatását elhanyagoló, és figyelembe vevő modellekben. Kiderült, hogy ebben az esetben pozitív gáz általi forgatónyomaték ébredhet, ami felelős lehet a gyors befelé irányuló migráció lassításáért, vagy esetlegesen a migráció irányának megfordításáért. Erre korábbi kutatások során még nem volt példa, és lényegesen új eredménynek számít. Továbbá az St > 2 részecskék esetén a por-visszahatás egyre erősödő, kifelé irányuló migrációt okoz, St = 1 részecskék esetén azonban gyorsabb befelé irányuló migrációt eredményez. A legkülönlegesebb esetben - amikor St=2 - a migráció megfordul.