Původ asteroidů ve 2:1 rezonanci středního pohybu s Jupiterem

• Název práce v češtině: Původ asteroidů ve 2:1 rezonanci středního pohybu s Jupiterem
• Název v anglickém jazyce: Origin of asteroids in the 2:1 mean-motion resonance with Jupiter
• Klíčová slova: planetky, rezonance středního pohybu, N-částicové simulace
• Klíčová slova anglicky: asteroids, mean-motion resonance, N-body simulations
• Akademický rok vypsání: 2012/2013
• Typ práce: bakalářská práce
• Jazyk práce: čeština
• Ústav: Astronomický ústav UK (32-AUUK)
• Vedoucí / školitel: doc. Mgr. Miroslav Brož, Ph.D.
• Řešitel: skrytý - zadáno a potvrzeno stud. odd.
• Datum přihlášení: 10.10.2012
• Datum zadání: 23.10.2012
• Datum potvrzení stud. oddělením: 09.11.2012
• Datum a čas obhajoby: 19.06.2013 00:00
• Datum odevzdání elektronické podoby: 24.05.2013
• Datum odevzdání tištěné podoby: 24.05.2013
• Datum proběhlé obhajoby: 19.06.2013
• Oponenti: RNDr. Josef Hanuš, Ph.D.

Zásady pro vypracování

V rámci této práce navrhujeme studovat původ planetek nacházejících
se v rezonanci středního pohybu 2:1 s Jupiterem, a to podle následujících
scénářů:

(i) jedná se zbytek primoridální populace, jež přečkala perturbace
vznikající při migraci planet;
(ii) jde o tělesa zachycená při migraci z hlavního asteroidálního pásu;
(iii) tělesa se původně nacházela v transneptunickém kometárním disku.

Dnes pozorovaná populace může ovšem být určitou kombinací všech tří složek.

Jako příprava musejí být provedeny následující úlohy:

- aktualizace pozorované populace v rezonanci 2:1 dle nových katalogů drah
a odvození jejich fyzikálních vlastností (dynamických dob života,
rozdělení velikostí, příp. taxonomické klasifikace);

- porovnání výsledků úplných N-částicových simulací migrace planet
a dynamického rozpadu transneptunického disku komet se zjednodušenými,
ve kterých jsou polohy planet předepsány.

- úprava kódu integrátoru SWIFT umožňující podstatně efektivnější výpočet
zachycování částic ve zvoleném místě sluneční soustavy (v našem případě
v rezonanci 2:1 s Jupiterem);

Dále budou následovat simulace testující alespoň scénář označený
výše jako (i), přičemž je nutné zohlednit i následný dlouhodobý orbitální
vývoj vlivem Jarkovského jevu a chaotické difuze (pomocí upraveného
integrátoru SWIFT) a také kolizní vývoj (integrátorem Boulder).

Na tuto bakalářskou práci lze navázat prací diplomovou, ve které mohou
být rozvinuty obtížnější testy scénářů (ii) a (iii).

Seznam odborné literatury

Brož M., D. Vokrouhlický, F. Roig, D. Nesvorný, W.F. Bottke, A. Morbidelli,
2005, Yarkovsky origin of the unstable asteroids in the 2/1 mean motion
resonance with Jupiter. Mon. Not. R. Astron. Soc., 359, 1437.

Brož M., D. Vokrouhlický, 2008, Asteroid families in the first-order resonances
with Jupiter. Mon. Not. R. Astron. Soc., 390, 715.

Morbidelli A., H.F. Levison, K. Tsiganis, R. Gomes, 2005, Chaotic capture of
Jupiters Trojan asteroids in the early Solar System. Nature, 435, 7041, 462.

Morbidelli A., R. Brasser, R. Gomes, H.F. Levison, K. Tsiganis, 2010. Evidence
from the Asteroid Belt for a Violent Past Evolution of Jupiter's Orbit. Astron.
J., 140, 1391.

Nesvorný D., 2011, Young Solar System's Fifth Giant Planet? Astron. J., 742,
22.

Szabó G.M., Ž. Ivezić, M. Jurić, R. Lupton, 2007, The properties of Jovian
Trojan asteroids listed in SDSS Moving Object Catalogue 3. Mon. Not. R. Astron.
Soc., 377, 1393.

Předběžná náplň práce v anglickém jazyce

The origin of the dynamically stable asteroids located in the 2:1 mean motion
resonance with Jupiter is yet-to-be-explained topic (Michtchenko &
Ferraz-Mello 1997, Ferraz-Mello et al. 1998, Roig et al. 2002). In our previous
work (Brož et al. 2005), we focused on the short-lived resonant population and
we were able to explain it as a transient population driven by the Yarkovsky
semimajor axis drift, which pushes asteroids from the neighboring Main Asteroid
Belt towards the resonance. This process keeps the unstable resonant population
in a steady state. On the other hand, we were not able to explain the origin of
stable asteroids at that time.

There are two intriguing properties of long-lived 2:1 resonant asteroids:
(i) they are localed in two stable 'islands' usually denoted A and B, but their
stability map does not correspond to the actually observed ratio of the
island-A and island-B populations; (ii) the size-frequency distribution of the
stable population seems to be steep, even though there are no apparent families
in resonant pseudo-proper element space (ap, ep, sin Ip) related to recent
collisions.

Compared to the last detailed study (Brož et al. 2005) there are about twice
more resonant asteroids currently observed (382 vs 153, according to our
preliminary identification). This is a significant increase and a new detailed
analysis is thus worthwhile. Our main motivation is that long-lived population
(with dynamical ages approaching 4 Gyr) may be either (partly) a remnant of a
primordial population, or a population captured during a reconfiguration of
planets. An analysis of the 2:1 resonance population in the context of new
migration scenarios, e.g. the jumping-Jupiter (Morbidelli et al. 2010), a
fifth-planet scenario (Nesvorný 2011), is yet to be done.

The problem of A/B-island ratios is rather similar to the observed L4/L5
asymmetry among Jupiter Trojans (Szabó et al. 2007), but provides an
independent constraint. Note that the 2:1 resonant population seems to be even
better indicator than Trojans from this point of view, because the Trojan
region is often totally unstable due to secondary resonances (Morbidelli et al.
2005) and consequently no information on the primordial population can be
obtained. On the other hand, the 2:1 region seems to be partially stable
according to our preliminary tests, so it may be possible to obtain very
interesting information, for example the 'initial' (prior-to-reconfiguration)
inclination distribution of the planetesimal disk.