The origin of Jupiter Trojans
Název práce v češtině: | Původ Trojanů Jupitera |
---|---|
Název v anglickém jazyce: | The origin of Jupiter Trojans |
Klíčová slova: | sluneční soustava|planetky|Trojané|Jupiter|Protoplanetární disk |
Klíčová slova anglicky: | solar system|asteroids|Trojans|Jupiter|Protoplanetary disk |
Akademický rok vypsání: | 2021/2022 |
Typ práce: | bakalářská práce |
Jazyk práce: | angličtina |
Ústav: | Astronomický ústav UK (32-AUUK) |
Vedoucí / školitel: | doc. Mgr. Miroslav Brož, Ph.D. |
Řešitel: | Bc. Martin Odehnal - zadáno a potvrzeno stud. odd. |
Datum přihlášení: | 26.10.2021 |
Datum zadání: | 27.10.2021 |
Datum potvrzení stud. oddělením: | 13.12.2021 |
Datum a čas obhajoby: | 21.06.2023 09:00 |
Datum odevzdání elektronické podoby: | 11.05.2023 |
Datum odevzdání tištěné podoby: | 11.05.2023 |
Datum proběhlé obhajoby: | 21.06.2023 |
Oponenti: | doc. Mgr. Josef Ďurech, Ph.D. |
Zásady pro vypracování |
Nové modely ukazují, že při pohybu protoplanet v plynném disku dochází
k důležitým hydrodynamickým jevům, například k růstu orbitální excentricity (Chrenko et al. 2017, Brož et al. 2021). Úkolem studenta je zjistit, zda mohli být takto vytvořeni Trojané Jupiteru, za předpokladu, že Jupiter, respektive jeho jádro, mělo nenulovou excentricitu. Výsledky simulací je třeba diskutovat v souvislosti s pozorovaným rozdělením sklonů (až 30 stupňů) a početní asymetrii mezi Trojany v okolí Lagrangeových bodů L4 a L5 (Szabó etal. 2007). Jednotlivé úlohy jsou následující: - shrnutí dosavadních observačních znalostí o Trojanech a různých teorií vzniku Trojanů; - provedení hydrodynamické simulace protoplanetárního disku pomocí kódu Fargo-Thorin (Masset 2000, Chrenko etal. 2017), popisující růst planety Jupiter a související zachycování Trojanů již ve fázi plynného disku; - vizualizace a analýza výsledků pro disk a pro částice různých velikostí, na něž působí různé aerodynamické tření. V diskuzi je pak možno zodpovědět otázku, zda muselo nutně docházet k pozdním nestabilitám planetárního systému (a velkému pozdnímu bombardování), či nikoli. I v případě, že by k zachycování Trojanů nedocházelo, budou výsledky cenné pro posouzení, zda je Jupiter nepřekonatelnou "bariérou" pro dritfující částice. |
Seznam odborné literatury |
Brož M., Chrenko O., Nesvorný D., Dauphas N., 2021, Early terrestrial planet formation by torque-driven convergent migration of planetary embryos. Nat. Astron., 5, 898.
Chrenko O., Brož M., Lambrechts M., 2017, Eccentricity excitation and merging of planetary embryos heated by pebble accretion. Astron. Astrophys., 606, 114. Lyra W., Johansen A., Klahr H., Piskunov N., 2009, Standing on the shoulders of giants. Trojan Earths and vortex trapping in low mass self-gravitating protoplanetary disks of gas and solids. Astron. Astrophys., 493, 1125. Masset F., 2000, FARGO: A fast eulerian transport algorithm for differentially rotating disks. Astron. Astrophys. Suppl. Ser., 141, 165. Nesvorný D., Vokrouhlický D., Morbidelli A., 2013, Capture of Trojans by jumping Jupiter. Astron. J., 768, 45. Nesvorný D., 2018, Dynamical evolution of the early Solar System. Annu. Rev. Astron. Astrophys., 56, 137. Rozehnal J., Brož M., Nesvorný D., Durda D.D., Walsh K., Richardson D.C., Asphaug E., 2016, Hektor - an exceptional D-type family among Jovian Trojans. Mon. Not. R. Astron. Soc., 462, 2319. 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 |
TBD |
Předběžná náplň práce v anglickém jazyce |
The origin of the Trojan asteroids Jupiter located in the vicinity of the
L4 and L5 Lagrange points of the Sun-Jupiter-asteroid system is a topic of active research. Trojans are also targets for in-situ exploration by the Lucy mission (Levison etal. 2017). There are two intriguing properties of Trojans: large spread of inclinations (up to 30 degrees) and an asymmetry between the L4/L5 populations, the L4 being more populated than L5 (Szabo et al. 2007). The former observation excludes a possibility that Trojans were captured during the accretion of the Jupiter's core because most of large planetesimals in the protoplanetary disk should have almost zero inclinations (Weidenschilling 2000). The latter is strange too since the Lagrange points should be symmetric from the point of purely gravitational interaction. The inclination problem was addressed by Morbidelli et al. (2005) who explained Trojans as objects captured from a cometary disk (which may have large spread of inclinations) during a brief period of time when Jupiter and Saturn were close to the 1:2 mean-motion resonance which causes an instability of the Trojan region by secondary resonances. On the other hand, the L4/L5 asymmetry may be explained as a result of gas drag which affects the capture of Trojans by growing proto-Jupiter (Marzari & Scholl 1998). The problem is that the two explanations are not compatible with each other because the instability of the Trojan region destroys the primordial population and the capture from the cometary disk should be symmetric. So these scenarios are not viable in the framework of the Morbidelli et al (2005) 'Nice model'. An alternative hypothesis was also tested: a relatively recent disruption of a large (DPB =~ 300 km) parent body which creates a lot of fragments (O'Brien & Morbidelli 2008). There are two problems, however, namely the very low likelihood of such disruption and no observed Trojan family of the required size (Brož & Rozehnal 2011). Moreover, a re-analysis of the Trojan dynamics in the framework of newer models (Morbidelli et al. 2007, Nesvorný et al. 2013) suggests the instability was triggered a bit earlier by the 3:5 Jupiter-Saturn resonance, or driven by close encounters between giant planets. The latter may potentially explain the L4/L5 asymmetry. Finally, let us mention the study of Levison et al. (2009) on the implantation of D-type bodies in the Main Asteroid Belt. Their model suggests that a lot of Trojans might have been captured from the cometary disk but they were subsequently destroyed by mutual collisions. However, these results do not seem entirely convincing since they had to assume a special scaling law to obtain a reasonable fit of the size-frequency distribution of Trojans. |