Die Dynamik zirkumbinärer Scheiben und eingebettete Planeten.
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die Mehrheit der Sterne befindet sich in Doppelsternsystemen. Während ihrer Entstehung ist ein ausreichend eng beieinander liegendes Doppelsternsystem noch von einer zirkumbinären Scheibe umgeben, aus der weiterhin Material auf das Doppelsternsystem akkretiert wird. Die Umlaufbewegung des Doppelsterns überträgt Drehimpuls auf die Scheibe, wodurch sich ein zentraler innerer Hohlraum bildet. Diese Hohlräume wurden in einigen speziellen Systemen direkt nachgewiesen, und die hohe räumliche Auflösung von ALMA wird es ermöglichen, weitere dieser Quellen noch detaillierter zu untersuchen. Ein sehr aktives aktuelles Forschungsthema ist die Entstehung und Entwicklung der zirkumbinären Planeten in diesen Scheiben, wie sie von der Kepler-Mission beobachtet wurden. Es ist klar, dass die Struktur und Dynamik der zirkumbinären Scheibe stark von den Eigenschaften des Doppelsterns beeinflusst wird. In diesem Projekt haben wir neue zweidimensionale hydrodynamische Simulationen durchgeführt, um die detaillierte Struktur der Scheibe zu erarbeiten. Zu Beginn dieses Projekts standen insbesondere die inneren Bereiche in der Nähe der Sterne im Mittelpunkt. Unter Berücksichtigung der Scheibenphysik führten wir Evolutionssimulationen der eingebetteten Planeten durch und verglichen ihre endgültige Konfiguration mit den Ergebnissen der Kepler-Mission, um ihren Entstehungsprozess zu verstehen. Darüber hinaus untersuchten wir, wie die Wechselwirkung der Scheibe mit den Doppelsternen die Bahneigenschaften der Sterne beeinflusst. Wir verglichen die Ergebnisse lokal isothermer Scheiben aus Finite-Volumen-Simulationen, Finite-Differenzen-Simulationen und SPH-Simulationen. Wir verglichen lokal isotherme und strahlungsgekühlte Scheibenmodelle mit solchen mit einer parametrisierten Kühlzeitskala (β-Kühlung), die in 2D-Numeriksimulationen für unterschiedliche Doppelstern-Exzentrizitäten implementiert wurden. Anhand von Beobachtungsdaten verglichen wir die Ergebnisse unserer hydrodynamischen Modelle mit Beobachtungen im polarisierten Streulicht von GG Tau A und hochauflösenden ALMA-Beobachtungen bei 0,87 mm von CS Cha. Mit unserem gesamten Simulationssatz war es möglich, parametrisierte Profile für einzelne Scheiben zu erstellen, um sie mit Beobachtungen zu vergleichen und Grenzen für ihre binäre Exzentrizität oder interne Viskosität aus den Simulationsdaten zu ermitteln, z.B. für HD 142527. Die langfristigen Gittersimulationen ermöglichten es uns auch zu untersuchen, wie die Scheibenform und der Austausch von Masse, Impuls und Energie zwischen Doppelstern und Scheibe vom Präzessionswinkel zwischen Scheibe und Doppelsternbahn auf Zeitskalen von Tausenden von Doppelsternbahnen abhängen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
-
1:1 orbital resonance of circumbinary planets. Astronomy & Astrophysics, 630, L1.
Penzlin, Anna B. T.; Ataiee, Sareh & Kley, Wilhelm
-
Circumbinary discs with radiative cooling and embedded planets. Astronomy & Astrophysics, 627, A91.
Kley, Wilhelm; Thun, Daniel & Penzlin, Anna B. T.
-
“The dynamics of circumbinary discs and embedded planets”. PhD thesis. Eberhard Karls University of Tubingen, Germany
D. G. Thun
-
Gap, shadows, spirals, and streamers: SPHERE observations of binary-disk interactions in GG Tauri A. Astronomy & Astrophysics, 639, A62.
Keppler, M.; Penzlin, A.; Benisty, M.; van Boekel, R.; Henning, T.; van Holstein, R. G.; Kley, W.; Garufi, A.; Ginski, C.; Brandner, W.; Bertrang, G. H.-M.; Boccaletti, A.; de Boer, J.; Bonavita, M.; Brown Sevilla, S.; Chauvin, G.; Dominik, C.; Janson, M.; Langlois, M. ... & Wildi, F.
-
Parking planets in circumbinary discs. Astronomy & Astrophysics, 645, A68.
Penzlin, Anna B. T.; Kley, Wilhelm & Nelson, Richard P.
-
Binary orbital evolution driven by a circumbinary disc. Astronomy & Astrophysics, 660, A101.
Penzlin, Anna B. T.; Kley, Wilhelm; Audiffren, Hugo & Schäfer, Christoph M.
-
How cooling influences circumbinary discs. Astronomy & Astrophysics, 664, A157.
Sudarshan, Prakruti; Penzlin, Anna B. T.; Ziampras, Alexandros; Kley, Wilhelm & Nelson, Richard P.
-
The morphology of CS Cha circumbinary disk suggesting the existence of a Saturn-mass planet. Astronomy & Astrophysics, 664, A151.
Kurtovic, N. T.; Pinilla, P.; Penzlin, Anna B. T.; Benisty, M.; Pérez, L.; Ginski, C.; Isella, A.; Kley, W.; Menard, F.; Pérez, S. & Bayo, A.
-
“How cooling influences circumbinary disks”. EAS2022, European Astronomical Society Annual Meeting. July 2022, 519, p. 519.
P. Sudarshan et al.
-
“Parking planets in circumbinary discs”. EAS2022, European Astronomical Society Annual Meeting. July 2022, 472, p. 472.
A. B. T. Penzlin, W. Kley & R. Nelson
-
Stability of coorbital planets around binaries. Astronomy & Astrophysics, 680, A29.
Adelbert, Stefan; Penzlin, Anna B. T.; Schäfer, Christoph M.; Kley, Wilhelm; Quarles, Billy & Sfair, Rafael
-
“Circumbinary disks: A transition from stellar binaries to planetary companion.” EAS2023, European Astronomical Society Annual Meeting. July 2023, 2142, p. 2142.
J. Joseph & A. Penzlin
-
The Santa Barbara Binary−disk Code Comparison. The Astrophysical Journal, 970(2), 156.
Duffell, Paul C.; Dittmann, Alexander J.; D.’Orazio, Daniel J.; Franchini, Alessia; Kratter, Kaitlin M.; Penzlin, Anna B. T.; Ragusa, Enrico; Siwek, Magdalena; Tiede, Christopher; Wang, Haiyang; Zrake, Jonathan; Dempsey, Adam M.; Haiman, Zoltan; Lupi, Alessandro; Pirog, Michal & Ryan, Geoffrey
-
Viscous circumbinary protoplanetary discs – I. Structure of the inner cavity. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 532(3), 3166-3179.
Penzlin, Anna B. T.; Booth, Richard A.; Nelson, Richard P.; Schäfer, Christoph M. & Kley, Wilhelm
-
“How heat can reshape circumbinary discs”. EAS2024, European Astronomical Society Annual Meeting. July 2024, 689, p. 689.
A. Penzlin & A. Ziampras
-
Viscous circumbinary protoplanetary discs – II. Disc effects on the binary orbit. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 537(3), 2422-2432.
Penzlin, Anna B. T.; Booth, Richard A.; Nelson, Richard P.; Schäfer, Christoph M. & Kley, Wilhelm
