Wachstum und Entwicklung von Planeten in protoplanetaren Scheiben

• Antragsteller: Dr. Christoph Schäfer, seit 3/2022
• Fachliche Zuordnung: Astrophysik und Astronomie
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 406707590

Bis heute wurden über 2600 extrasolare Planetensysteme entdeckt, die insgesamt mehr als 3500 Planeten enthalten. Die korrigierten Beobachtungen zeigen, dass die häufigste Planetensorte Super-Erden (Planeten mit 1-20 Erdmassen) sind mit Bahnperioden kürzer als 100 Tagen, gefolgt von massereichen Planeten im Abstand von 1-3 Astronomischen Einheiten (AE) vom Mutterstern. Letztere überwiegen dabei zahlenmäßig um einen Faktor zehn die Population der heißen Jupiter (bei einem Abstand von etwa 0.1 AE vom Stern). Die Massenverteilung der Riesenplaneten hat ein Maximum bei etwa 1-3 Jupitermassen; Planeten mit höherer Masse existieren, sind aber selten. Von einem theoretischen Standpunkt aus betrachtet, sind diese Beobachtungen schwer zu verstehen. Die Wanderung (Migration) von Planeten zum Stern hin kann direkt die Existenz der nahen Super-Erden erklären, es ist aber ein unverstandenes Problem, warum nur ein kleiner Teil der Gasplaneten diese Wanderung zu Abständen kleiner als 1 AE vollzogen hat. Weiterhin sammeln die Kerne von Planeten sehr schnell das Gas aus ihrer Umgebung auf. Es ist also nicht verständlich, was die Super-Erden davon abgehalten hat, Gasriesen zu werden und was ihr Massenwachstum auf wenige Jupitermassen beschränkte.Dieses Projekt basiert auf der Idee, dass die Schwierigkeiten im Verständnis der Massen der extrasolaren Planeten und ihrer Bahnverteilung von eine unzureichenden Kenntnis der Struktur von protoplanetaren Scheiben herrührt. Die klassische Annahme einer viskosen Scheibe mit einer durch die Magneto-Rotations-Instabilität verursachten Viskosität wird durch moderne magneto-hydrodynamische Simulationen nicht bestätigt. Die Scheiben haben eine viel geringere Viskosität als bisher angenommen. Nichtsdestotrotz können die Scheiben nicht reibungslos sein, eine minimale Viskosität wird zum Beispiel durch die vertikale Scherinstabilität (VSI) erzeugt. Zusätzlich können Scheibenwinde Drehimpuls von dünnen Oberflächenschichten der Scheibe abführen und somit einen schnellen Transport von Material zum Stern hin in diesem Schichten erzeugen. Unser Projektantrag beinhaltet die folgenden Aufgaben: 1) realistischere Modelle von protoplanetaren Scheiben zu berechnen, welche die VSI-Turbulenz und Scheibenwinde berücksichtigen und die beobachteten Massenakkretionsraten auf den Stern reproduzieren, und 2) die Massenakkretion auf eingebettete Planeten und deren Migration genau zu berechnen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Frankreich
• Partnerorganisation: Agence Nationale de la Recherche / The French National Research Agency
• Kooperationspartner: Dr. Aurelien Crida; Dr. Alessandro Morbidelli, Ph.D.
• Ehemaliger Antragsteller: Professor Dr. Wilhelm Kley, bis 3/2022 (†)