Rozšíření kolizního modelu hlavního pásu asteroidů

• Thesis title in Czech: Rozšíření kolizního modelu hlavního pásu asteroidů
• Thesis title in English: Extensions of the main belt collisional model
• Key words: sluneční soustava|asteroidy|planetky|srážky|modely Monte-Carlo
• English key words: solar system|asteroids|collisions|Monte-Carlo models
• Academic year of topic announcement: 2021/2022
• Thesis type: diploma thesis
• Thesis language: čeština
• Department: Astronomical Institute of Charles University (32-AUUK)
• Supervisor: doc. Mgr. Miroslav Brož, Ph.D.
• Author: hidden - assigned and confirmed by the Study Dept.
• Date of registration: 22.04.2022
• Date of assignment: 22.04.2022
• Confirmed by Study dept. on: 10.06.2022
• Date and time of defence: 14.02.2024 09:30
• Date of electronic submission: 08.01.2024
• Date of submission of printed version: 08.01.2024
• Date of proceeded defence: 14.02.2024
• Opponents: Mgr. Petr Scheirich, Ph.D.

Guidelines

Pro popis četnosti srážek mezi asteroidy se používají statistické
modely typu Monte-Carlo, např. program Boulder (Morbidelli etal. 2009,
Cibulková etal. 2014). Tento kód umožňuje provádět simulace vývoje
hlavního pásu asteroidů, respektive jeho rozdělení velikostí. Pro
popis rozdělení velikostí fragmentů po rozpadu se využívá výsledků
hydrodynamických simulací (Benz & Asphaug 1995, Jutzi 2015, Ševeček 2021),
které však bývají omezeny na monolitické asteroidy. Stávající kód
též obsahuje předepsané pravděpodobnosti, škálovací zákon, parametrický
popis fragmentace, nebo rozpad populace působením Jarkovského driftu
ve velké poloose.

V práci navrhujeme tento kód podstatně rozšířit, aby zahrnoval
následující fyzikální jevy a další pozorování:

- zohlednění rozdělení velikostí blízkozemních asteroidů (NEA);

- kráterování na terestrických tělesech a asteroidech (R-plots);

- zahrnutí YORP jevu, který způsobuje rotační rozpady
(Čapek & Vokrouhlický 2004, Holsapple 2007);

- předepsání velkých srážek dle stáří velkých asteroidálních rodin
 (Nesvorný etal. 2015).

- rozšíření parametrických relací pro kráterovací impakty;

- použití různých reologických vlastností asteroidů hlavního pásu;

- zahrnutí period rotace asteroidů a jejich vývoje působením jevu
YORP a srážek (Henych 2013).

Konkrétní úkoly jsou následující:

1) Porovnat kolizní modely s jednou a se dvěma reologickými populacemi;
konkrétně provést porovnání četnosti rozpadů, četnosti pozorovatelných
asteroidálních rodin a kráterování na vybraných velkých tělesech.

2) Zjistit vliv změny škálovacího zákona pro extrémně rychle rotující
asteroidy s průměrem menším než 200 metrů (Bottke etal. 2020).

3) Využít databázi tvarů asteroidů získaných inverzí světelných křivek
(Ďurech etal. 2010, 2020), případně databázi asteroidálních rodin
(Nesvorný etal. 2015) pro výběr těles, která mají společný původ
a pravděpodobně i reologii.

4) V případě potřeby provést nové simulace metodou hlazených částic (SPH)
pomocí kódu Opensph, včetně self-gravitace ve fragmentační fázi
a reakumulace bez předpokladu dokonalého spojování (Ševeček etal. 2019,
Ševeček 2021). Odvozené parametrické relace je poté opět možno využít
v modelech typu Monte-Carlo.

Modely tohoto typu jsou zásadní pro interpretaci pozorování velkých
asteroidů hlavního pásu (s D > 100 km) pomocí adaptivní optiky
s vysokým rozlišením (VLT/SPHERE/Zimpol; Vernazza etal. 2018, 2021).
Umožňují interpretovat jejich topografii, kráterování, identifikovat
krátery a rodiny, nebo rozlišit srážky různých typů (kráterování,
reakumulativní, katastrofické, šikmé impakty, hit-and-run). Vzorek
rozlišených asteroidů je již natolik početný, že umožní statistické
porovnání různých topografií pomocí společného kolizního modelu.

References

Bottke W.F., Vokrouhlický D., Ballouz R.-L. etal., 2020, Interpreting the
cratering histories of Bennu, Ryugu, and other spacecraft-explored asteroids.
Astron. J. 160, 14.

Benz W., Asphaug E., 1995, Simulations of brittle solids using smooth particle
hydrodynamics. Computer Physics Communications 87, 253.

Bottke W.F., Durda D.D., Nesvorný D., Jedicke R., Morbidelli A., Vokrouhlický D.,
Levison H., 2005, The fossilized size distribution of the main asteroid belt.
Icarus 175, 111.

Cibulková H., Brož M., Benavidez P.G., 2014, A six-part collisional model
of the main asteroid belt. Icarus 241, 358.

Ďurech J., Sidorin V., Kaasalainen M., 2010, DAMIT: a database of asteroid
models. Astron. Astrophys. 513, A46.

Ďurech J., Tonry J., Erasmus N etal., 2020, Asteroid models reconstructed
from ATLAS photometry. Astron. Astrophys. 643, A59.

Henych T., 2013, Excitations of asteroids rotations through impacts.
PhD. Thesis, Masaryk Univ.

Holsapple K.A., 2007, Spin limits of Solar System bodies: From the small
fast-rotators to 2003 EL61. Icarus 187, 500.

Jutzi M., 2015, SPH calculations of asteroid disruptions: The role of pressure
dependent failure models. Planet. Space. Sci. 107, 3.

Morbidelli A., Bottke W.F., Nesvorný D., Levison H.F. 2009, Asteroid were born
big. Icarus 204, 558.

Nesvorný D., Brož M., Carruba, V., 2015, Identification and dynamical properties
of asteroid families. in Asteroids IV, P. Michel, F.E. DeMeo, W.F. Bottke (eds.),
Univ. Arizona Press, Tucson, 297-321.

Ševeček P., Brož M., Jutzi M., 2019, Impacts into rotating targets:
angular momentum draining and efficient formation of synthetic families.
Astron. Astrophys. 629, A122.

Ševeček P., 2021, Simulations of asteroid collisions using a hybrid SPH/N-body
approach. PhD. Thesis, Charles Univ.

Vernazza P., Brož M., Drouard A., etal., 2018, The impact crater at the origin
of the Julia family detected with VLT/SPHERE. Astron. Astrophys. 618, A154.

Vernazza, P., Ferrais M., Jorda L., etal., 2021, VLT/SPHERE imaging survey
of the largest main-belt asteroids: Final results and synthesis. Astron. Astrophys.
654, A56.

Vokrouhlický D., Čapek D., 2004, The YORP effect with finite thermal conductivity.
Icarus 172, 526.

Preliminary scope of work in English

TBD