Estudo de formação de satélites regulares de planetas gigantes usando integração numérica hidrodinâmica bidimensional com perturbação da estrela
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Data
2018-03-28
Autores
Moraes, Ricardo Aparecido de
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Editor
Universidade Estadual Paulista (Unesp)
Resumo
A formação de satélites em um disco circumplanetário é tida como sendo similar a formação de planetas em um disco protoplanetário, especialmente super Terras rochosas. Dessa forma, é possível utilizar sistemas com satélites massivos para se testar teorias de formação que podem ser aplicadas à planetas extrassolares. Um melhor entendimento sobre a origem dos satélite nos dará importantes informações sobre a vizinhança do planeta durante suas últimas fases de formação. Neste trabalho nós utilizamos simulações de N-corpos e hidrodinâmicas para investigar a formação e migração dos satélites galileanos. Nos modelos de N-corpos nós simulamos um disco circumplanetário estático (sem a entrada de material vindo de fontes externas), com baixa viscosidade, onde a ação do disco gasoso sobre os satélites foi aproximada a partir de prescrições analíticas para a migração do tipo I e o amortecimento da excentricidade e inclinação. O disco de gás é representado por um perfil de densidade superficial radial. Um estudo detalhado sobre os parâmetros do disco mostraram que o número final de satélites é muito influenciado pela distribuição inicial dos embriões e pelo perfil inicial da nébula gasosa. Para distribuições de gás com baixa dependência radial a formação de satélites massivos próximos da região dos satélites galileanos é favorecida. Ainda, mostramos que a formação de satélites tão massivos quanto Ganímedes e Calisto pode ser atingida apenas em discos mais quentes, onde a linha do gelo está inicialmente localizada em torno de 30 RJ . Em nossas simulações hidrodinâmicas foram testadas diferentes condições de contorno, distribuição superficial de gás e de temperatura para o disco circumplanetário. Nossos resultados indicam que Júpiter ainda acretava material durante a migração dos satélites galileanos, os satélites migraram em um regime do tipo I na maior parte de sua evolução e a probabilidade de formação de satélites massivos entre os satélites galileanos é baixíssima, nesse caso se mais satélites se formassem no disco joviano sua massa deveria ser menor do que a observada para os satélites galileanos
The formation of satellite systems in circumplanetary disks is believed to be similar to the formation of rocky planets in a protoplanetary disk, especially Super-Earths. In this way, it is possible to use massive satellite systems to test the theories of planetary formation. A better understanding of the satellites origin could give important informations about the environment near the forming planet during its late stages of formation. In this work we used N-body and hydrodynamic simulations to study the formation and migration of the Galilean satellites. With the N-body models with simulated a static, low viscous circumplanetary disk, where the actions of the gaseous disk was modeled using analytical prescriptions for the type I migration, eccentricity and inclination damping. A detailed study of the disk parameters showed that the final number of satellites is strongly influenced by the initial distribution of the embryos and by the initial gas density profile. For flatter gas distributions the formation of massive satellites close to the region of the Galilean satellites. Furthermore, we show that the formation of satellites as massive as Ganymede and Callisto can be achieved only in hotter disks, where the ice line is initially located around 30 RJ . In our hydrodynamic simulations we tested different boundary conditions, gas density distributions and temperature distribution for the circumplanetary disk. Our results indicate that Jupiter was still forming during the period of migration of the Galilean satellites, the satellites migrated in a type I regime for most part of their evolution and the probability of formation of massive satellites between the Galilean satellites is very low, in this case if more satellites were formed in the Jovian disk, the mass of these bodies should be smaller that what is observed for the Galilean satellites
The formation of satellite systems in circumplanetary disks is believed to be similar to the formation of rocky planets in a protoplanetary disk, especially Super-Earths. In this way, it is possible to use massive satellite systems to test the theories of planetary formation. A better understanding of the satellites origin could give important informations about the environment near the forming planet during its late stages of formation. In this work we used N-body and hydrodynamic simulations to study the formation and migration of the Galilean satellites. With the N-body models with simulated a static, low viscous circumplanetary disk, where the actions of the gaseous disk was modeled using analytical prescriptions for the type I migration, eccentricity and inclination damping. A detailed study of the disk parameters showed that the final number of satellites is strongly influenced by the initial distribution of the embryos and by the initial gas density profile. For flatter gas distributions the formation of massive satellites close to the region of the Galilean satellites. Furthermore, we show that the formation of satellites as massive as Ganymede and Callisto can be achieved only in hotter disks, where the ice line is initially located around 30 RJ . In our hydrodynamic simulations we tested different boundary conditions, gas density distributions and temperature distribution for the circumplanetary disk. Our results indicate that Jupiter was still forming during the period of migration of the Galilean satellites, the satellites migrated in a type I regime for most part of their evolution and the probability of formation of massive satellites between the Galilean satellites is very low, in this case if more satellites were formed in the Jovian disk, the mass of these bodies should be smaller that what is observed for the Galilean satellites
Descrição
Palavras-chave
Formação de satélites regulares, Migração, Satélites galileanos, Simulações numéricas, Numerical simulations, Formation of regular satellites, Migration, Galilean satellites, Astronomia