The Formation of Giant Planets
Författare
Summary, in Swedish
Popular Abstract in Swedish
Jätteplaneterna, Jupiter, Saturnus, Uranus och Neptunus, är de största planeterna i solsystemet. De ligger långt från solen och har alla betydande gasatmosfärer, upp emot hundra gånger mer massiva än hela jorden.
Tack vare de tjocka gashöljena, med en sammansättning som liknar solens, kan man förstå att jätteplaneterna bildades i en gasskiva. Denna skiva kallas för solnebulosan och existerade under några miljoner år runt den unga solen. Studier av jätteplaneternas inre struktur visar att de också innehåller en stor mängd fast material, motsvarande tio gånger jordens massa i is och sten.
I tidigare studier har man därför argumenterat att jätteplaneterna attraherade sina gashöljen efter att först ha bildat en fast kärna, ungefär tio gånger mer massiv än jorden. Denna process är fokus för denna avhandling.
Vi föreslår att små is- och stenpartiklar, runt centimeter-storlek, är ansvariga för den fasta kärnans tillväxt. Detta påstående grundas på numeriska och analytiska beräkningar som visar att friktionen från den omgivande gasen på is- och stenpartiklarna är en kritisk faktor för kärnornas tillväxt.
Tidigare trodde man att det fasta material som attraherades av kärnorna framförallt var i form av asteroidliknande kilometerstora, eller ännu större,kroppar. Vi visar att detta inte är sannolikt, då sådana stora kroppar inte
påverkas av den omgivande gasen på samma sätt som de mindre partiklarna, och därför inte hinner bygga upp planeternas kärnor under solnebulosans livstid.
Popular Abstract in English
The giant planets, Jupiter, Saturn, Uranus, and Neptune, are the most massive planets in the Solar System.They are located far from the Sun and they all have significant gaseous atmospheres, up to hundreds of times more massive than the Earth.
Because of the presence of envelopes of gas similar to that of which the Sun is composed, it is understood that the giant planets formed in a disc of gas. This disc is called the Solar Nebula and existed for a few million years around a young Sun. Studies of the interior of these planets also show that a lot of solid material
is present deep inside the giants. In total, this amounts to ten times the mass of the Earth in rocky/icy material.
Therefore, previous studies argued that the giant planets attracted the gaseous envelopes after first forming a solid core approximately ten times as massive as the Earth. This process is the focus of this thesis.
We propose that small icy/rocky pebbles, particles around a centimetre in size, are responsible for the growth of the cores. This claim is supported by numerical and analytical calculations that show gas drag on the pebbles to be
critical in order for cores to attract solid material.
Previously it was believed that the most commonly accreted solid was a kilometre or larger in size, more resembling asteroid-like bodies. We show that this is likely not the case, because material of that size does not benefit from gas drag and therefore the growth can not be completed within the lifetime of the Solar Nebula.
Jätteplaneterna, Jupiter, Saturnus, Uranus och Neptunus, är de största planeterna i solsystemet. De ligger långt från solen och har alla betydande gasatmosfärer, upp emot hundra gånger mer massiva än hela jorden.
Tack vare de tjocka gashöljena, med en sammansättning som liknar solens, kan man förstå att jätteplaneterna bildades i en gasskiva. Denna skiva kallas för solnebulosan och existerade under några miljoner år runt den unga solen. Studier av jätteplaneternas inre struktur visar att de också innehåller en stor mängd fast material, motsvarande tio gånger jordens massa i is och sten.
I tidigare studier har man därför argumenterat att jätteplaneterna attraherade sina gashöljen efter att först ha bildat en fast kärna, ungefär tio gånger mer massiv än jorden. Denna process är fokus för denna avhandling.
Vi föreslår att små is- och stenpartiklar, runt centimeter-storlek, är ansvariga för den fasta kärnans tillväxt. Detta påstående grundas på numeriska och analytiska beräkningar som visar att friktionen från den omgivande gasen på is- och stenpartiklarna är en kritisk faktor för kärnornas tillväxt.
Tidigare trodde man att det fasta material som attraherades av kärnorna framförallt var i form av asteroidliknande kilometerstora, eller ännu större,kroppar. Vi visar att detta inte är sannolikt, då sådana stora kroppar inte
påverkas av den omgivande gasen på samma sätt som de mindre partiklarna, och därför inte hinner bygga upp planeternas kärnor under solnebulosans livstid.
Popular Abstract in English
The giant planets, Jupiter, Saturn, Uranus, and Neptune, are the most massive planets in the Solar System.They are located far from the Sun and they all have significant gaseous atmospheres, up to hundreds of times more massive than the Earth.
Because of the presence of envelopes of gas similar to that of which the Sun is composed, it is understood that the giant planets formed in a disc of gas. This disc is called the Solar Nebula and existed for a few million years around a young Sun. Studies of the interior of these planets also show that a lot of solid material
is present deep inside the giants. In total, this amounts to ten times the mass of the Earth in rocky/icy material.
Therefore, previous studies argued that the giant planets attracted the gaseous envelopes after first forming a solid core approximately ten times as massive as the Earth. This process is the focus of this thesis.
We propose that small icy/rocky pebbles, particles around a centimetre in size, are responsible for the growth of the cores. This claim is supported by numerical and analytical calculations that show gas drag on the pebbles to be
critical in order for cores to attract solid material.
Previously it was believed that the most commonly accreted solid was a kilometre or larger in size, more resembling asteroid-like bodies. We show that this is likely not the case, because material of that size does not benefit from gas drag and therefore the growth can not be completed within the lifetime of the Solar Nebula.
Avdelning/ar
Publiceringsår
2015
Språk
Engelska
Dokumenttyp
Doktorsavhandling
Förlag
Department of Astronomy and Theoretical Physics, Lund University
Ämne
- Astronomy, Astrophysics and Cosmology
Nyckelord
- Planet formation
- Solar System
- Exoplanets
- Giant planets
- Hydrodynamics
Status
Published
Handledare
ISBN/ISSN/Övrigt
- ISBN: 978-91-7623-269-9
Försvarsdatum
9 mars 2015
Försvarstid
09:00
Försvarsplats
Lundmarksalen (Department of Astronomy and Theoretical Physics)
Opponent
- Roman Rafikov (Dr.)