Entstehung und Frühe Entwicklung von Gasriesen: Akkretionsstoßfront und Drehgeschwindigkeit von Planeten

• Antragsteller: Professor Dr. Rolf Kuiper; Dr. Gabriel-Dominique Marleau
• Fachliche Zuordnung: Astrophysik und Astronomie
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 446168540

Seit einigen Jahren wird mittels systematischer Durchmusterungen und Beobachtungsprogrammen eine Population von hellen Gasriesen in großer Entfernung ihres Zentralgestirnes entdeckt. Wegen ihres noch jungen Alters spiegelt die Helligkeit dieser Objekte die Bedingungen ihrer Entstehung und die physikalischen Prozesse die dabei am Werke waren wider. Außerdem werden Rotationsraten für Planeten mit immer kleinerer Masse werden gemessen. Seit kürzester Zeit kennen wir daher Systeme, in denen Planeten gerade am Entstehen sind, wie deren Akkretionsmerkmale preisgeben. Das Problem mit diesen spannenden Beobachtungen liegt jedoch darin, dass theoretische Modelle notwendig sind, um aus der Leuchtkraft auf deren Masse zu schließen; diese Modelle sind für die sehr frühen Phasen jedoch noch völlig unbekannt. Die radiative Akkretionsstoßfront an der Oberfläche des Planeten gilt als der wichtigste Aspekt, der die Leuchtkraft eines Planeten bestimmt. Deren Berechnung führt zu zwei extremen möglichen Lösungen, bekannt als Heiße und Kalte Anfänge, bei denen der Planet am Anfang seiner Kühlung relativ hell beziehungsweise leuchtschwach ist. Die sch daraus ergebenden Unterschiede sind riesig und beeinträchtigen somit einen verläßlichen Rückschluss auf die Masse. Wir schlagen deswegen vor, „zoom“-, dreidimensionaler strahlungshydrodynamischer Simulationen durchzuführen. Wir werden uns auf die Akkretionsstelle an der Oberfläche des Planeten konzentrieren, um die Bedingungen unterhalb der Stoßfront sowie deren Effizienz (d.h., den Anteil der kinetischen Energie, die als Strahlung verloren geht) zu messen. Diese Ergebnisse werden es uns erlauben, die Leuchtkraft junger Planeten vorherzusagen sowie globale Planetenentstehungssimulationen wichtige Eingabedaten zu liefern. Außerdem werden wir deren Rotationsgeschwindigkeit als Funktion von Masse und Zeit berechnen, und deren spektrale Eigenschaften vorhersagen. Dieses Vorhaben ist als Reihe kleinerer Aufgaben konzipiert, die jeweils schon bestehende Werkzeuge erweitern und kombinieren. Darum hat das Projekt wenig Risikofaktoren aber ein großes Impaktpotenzial.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1992: Exploration der Diversität extrasolarer Planeten
• Internationaler Bezug: China, Schweiz
• Kooperationspartner: Yuhiko Aoyama, Ph.D.; Professor Dr. Christoph Mordasini