Publication: Efeitos de fragmentação em formação planetária
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Date
Authors
Advisor
Winter, Othon Cabo 
Costa, André Izidoro Ferreira da
Costa, André Izidoro Ferreira da
Coadvisor
Graduate program
Física - FEG
Undergraduate course
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Universidade Estadual Paulista (Unesp)
Type
Master's thesis
Access right
Acesso aberto
Abstract
Abstract (portuguese)
As super-Terras quentes são planetas com tamanho entre 1 e 4 Raios da Terra e período menor que 100 dias,são provavelmente o tipo de planeta mais abundante em estrelas do mesmo tipo do Sol. O principal modelo para explicar as fases finais de formação dos sistemas de super-Terras é conhecido como modelo de migração. Ele sugere que tais planetas se formam em regiões mais distantes da estrela no disco protoplanetário, mas devido a interação gravitacional com o gás do disco migram até aborda interna do disco, se estabelecendo em cadeias de ressonância. Após a dissipação do disco de gás as super-Terras podem atravessar uma fase de instabilidades, onde ocorrem principalmente colisões, quebrando as cadeias ressonantes. Esse é um mecanismo que auxilia o modelo a reproduzir importantes características dos sistemas de super-Terras observados. Majoritariamente os modelos numéricos de formação planetária assumem que colisões durante as fases finais e intermediárias deformação planetária são, por simplicidade, perfeitamente agregativas. Este tipo de abordagem tem sido empregada tanto em modelos de formação do sistema solar quanto em modelos de formação de sistemas de exoplanetas. O objetivo desse estudo é analisar as consequências de um tratamento mais realístico de colisões, incluindo fragmentação e espalhamento, na fase final de formação dos sistemas de super-Terras quentes. Numa versão do pacote de integradores Mercury modificada para o estudo da formação de super-Terras, implementamos um modelo analítico para tratamento de colisões gigantes e fragmentação baseado em Leinhardt e Stewart (2011). Esse modelo analítico foi calibrado a partir de resultados de impactos em simulações de N-corpos de alta resolução. Após os testes necessários,performamos então dois conjuntos de simulações. No conjunto de acreção perfeita consideramos as colisões como perfeitamente agregativas, enquanto no conjunto de acreção imperfeita as simulações são realizadas utilizando o tratamento realístico de colisões no nosso novo código. Mostramos que eventos de fragmentação e espalhamento de planetas são comuns nas simulações durante o estágio final da formação de super-Terras quentes, compreendendo a fase do disco de gás e a evolução por longo período. Entretanto, verificamos que o tratamento realístico de colisões não tem influência significativa na arquitetura orbital dos sistemas e que portanto pode ser negligenciado devido ao seu custo computacional em comparação à sua influência no processo.
Abstract (portuguese)
Super-Earths are planets with sizes between 1 and 4 R‘ and periods smaller than „100 days, they are probably the most abundant planet type in stars with the same type as the Sun. The main model to explain the final stages of the formation of super-Earth systems is known as migration model. This model suggests that such planets form in regions of the protoplanetary disk distant from the star, but due to gravitational interaction with the disk’s gas they migrate to the disk’s inner edge, settling in resonant chains. After the gas disc has dissipated, the super-Earths can pass through a instability phase, where collisions occur breaking the resonant chains. This is a mechanism that helps the model to reproduce important characteristics of the observed super-Earth systems. Most numerical models of planetary formation assume that collisions during the final and intermediate phases of planetary formation are, for simplicity, perfectly aggregative. This type of approach has been used both by models of solar system formation and exoplanet systems formation. The aim of this study is to analyze the consequences of a more realistic collision treatment, including fragmentation and scattering, in the final stage of the formation of hot super-Earth systems. In a version of the integrator package Mercury modified to study the formation of super-Earths, we implemented an analytical model for the treatment of giant collisions and fragmentation based on Leinhardt e Stewart (2011). This analytical model was calibrated from impact results of high resolution N-body simulations. After the necessary tests, we then performed two sets of simulations. The perfect accretion set considers the collisions to be perfectly aggregative, while the imperfect accretion set simulations are performed using the realistic collision treatment in our new code. We show that planet fragmentation and scattering events are common in simulations during the final stage of hot super-Earths formation, comprising the gas disk phase and the long-term evolution. However, we found that the realistic collision treatment has no significant influence on the orbital architecture of the systems and can therefore be neglected due to its computational costs in comparison to its influence over the process.
Description
Keywords
Exoplanetas, Super-Terras quentes, Colisões Gigantes, Fragmentação, Formação planetária, Dinâmica planetária, Sistemas planetários, Migração planetária, Sistemas de super-Terras, Exoplanets, Hot super-Earths, Giant impacts, Super-Earths systems, Planetary systems, Colisões (Física), Sistema solar
Language
Portuguese
