HYDRODYNAMICKÉ INTERAKCE PLANET S PROTOPLANETÁRNÍMI DISKY A PŮVOD TĚSNÝCH EXOPLANETÁRNÍCH SOUSTAV

Výzva: 21. Veřejná grantová soutěž
Hlavní řešitel: RNDr. Ondřej Chrenko, Ph.D.

Instituce: Astronomický ústav Univerzity Karlovy v Praze
Oblast: Astrofyzika

 

Obrázek: Teplota plynu na vnitřním okraji protoplanetárního disku (v řezu k oběžné rovině disku; celý disk si můžeme představit „roztočením“ obrázku kolem svislé osy).

Astronomická pozorování v uplynulých letech umožnila detekci tisíců planet mimo naši sluneční soustavu, takzvaných exoplanet, jejichž původ zahaluje celá řada otázek. Početnou skupinu exoplanet tvoří planety s krátkou oběžnou dobou (tedy obíhající v těsné blízkosti mateřské hvězdy), jejichž hmotnosti typicky dosahují několika hmotností Země (označují se jako superzemě nebo minineptuny).

V projektu budeme provádět počítačové hydrodynamické simulace raného vývoje takovýchto planet vnořených v zárodečném plynoprachovém disku. Budeme studovat proces migrace planet, kdy gravitace struktur vznikajících v disku mění oběžné dráhy planet.

Cílem projektu je pochopit, za jakých podmínek mohou superzemě a minineptuny „domigrovat“ na oběžné dráhy s krátkou oběžnou dobou. Abychom správně modelovali prostředí, ve kterém se planety vyvíjejí, je třeba realisticky popsat fyzikální podmínky na vnitřním okraji plynného disku (viz obrázek). Rozložení plynu na vnitřním okraji disku závisí na souhře mnoha procesů, jako je zahřívání zářením mateřské hvězdy, magnetohydrodynamická turbulence, přenos energie zářivou difuzí, vypařování prachových zrn a s ním související (ne)průhlednost prostředí.



EXPANZE SUPERNOV V BLÍZKOSTI GALAKTICKÉHO CENTRA

Výzva: 20. Veřejná grantová soutěž
Hlavní řešitel: Barnabas Barna

Instituce: Astronomický ústav Akademie věd ČR
Oblast: Astrofyzika

Výbuchy supernovy jsou jedny z nejenergetičtějších událostí ve vesmíru. Tato kataklyzmatická hvězdná úmrtí uvolňují chemicky obohacený materiál, který expanduje vysokou rychlostí do okolního prostoru. Výsledná bublina pak zametá okolní mezihvězdnou hmotu a vytvoří obálku o hmotnosti několika stovek sluncí. Tímto hraje důležitou roli v procesu tvorby hvězd, kdy expandující bubliny spouští vznik dalších hvězdných generací. Mezihvězdná hmota může být expandujícími obálkami dopravena do těsné blízkosti centrální obří černé díry, a tak zvýšit její aktivitu. Zda je tento scénář zodpovědný za projevy obří černé díry v Mléčné dráze však nelze potvrdit především díky nízké aktivitě této nejbližší obří černé díry. Simulace vývoje obálek a vliv počátečních a okrajových podmínek vyžaduje numerické metody. Barnabas Barna a jeho spolupracovníci plánují získané jádrohodiny využít na hydrodynamické simulace s kódem FLASH ve 3D. Cílem je prozkoumat interakci mezihvězdného prostředí s expandující obálkou. Výsledky budou porovnány s pozorováními: např. dnešní rozložení zbytků supernovy budou porovnávat se silnými rentgenovými záblesky v minulosti.



Vznik planet shlukováním balvanů

Výzva: 18. Veřejná grantová soutěž
Hlavní řešitel: RNDr. Ondřej Chrenko, Ph.D.

Instituce: Astronomický ústav Univerzity Karlovy v Praze
Oblast: Astrofyzika


Ondřej Chrenko získal více než 600 000 jádrohodin výpočetního času na projekt, ve kterém se bude zabývat procesy provázejícími vznik planet. Podle moderních scénářů planety vznikají akumulací balvanů o velikosti centimetr až metr, jejichž dynamika je ovlivněna aerodynamickým třením o okolní plynný disk. Toto tření jednak způsobuje radiální drift balvanů v disku a rovněž zvyšuje účinnost gravitačního zachycení balvanů rostoucí planetou. Pokud však planeta dosáhne jisté kritické hmotnosti, vytvoří v plynném disku tlakovou bariéru, ve které se balvany začnou hromadit, a růst planety ustane. Cílem tohoto projektu je prozkoumat vývoj balvanů hromadících se v tlakové bariéře. Ondřej Chrenko použije superpočítače centra IT4Innovations k 2D a 3D simulacím systému dvou tekutin (reprezentujících plyn a pevné částice), aby ověřil, zda v tlakové bariéře dochází k hydrodynamickým nestabilitám. Tyto nestability by mohly koncentrovat balvany do shluků, umožnit jejich gravitační kolaps a vytvořit tak zárodek zcela nové planety. Cílem projektu je prostudovat pomocí lokálních simulací s vysokým rozlišením, zda uvnitř tlakové bariéry může docházet k hydrodynamickým nestabilitám, jako např. na obrázku vpravo (pozn. obr. vpravo je převzat z článku Benítez-Llambay a kol. 2019).



VLIV HMOTNÝCH HVĚZD NA SLOŽENÍ KULOVÝCH HVĚZokup

Výzva: 18. Veřejná grantová soutěž
Hlavní řešitel: Dr. Michail Kourniotis

Instituce: Astronomický ústav AV ČR
Oblast: Astrofyzika

Michalis Kourniotis z Astronomického ústavu AV ČR získal pro výzkum vlivu hmotných hvězd na složení hvězdokup 718 000 jádrohodin našeho výpočetního času. Kulové hvězdokupy jsou koncentrace hvězd sférického tvaru o velikostech řádově desítek světelných let, které obsahují statisíce až miliony velmi starých hvězd. Typicky se nacházejí ve sférickém halu Mléčné dráhy a dalších galaxií. Původně se předpokládalo, že se skládají ze stejně starých hvězd, ale nedávno bylo zjištěno, že jsou hostiteli několika generací hvězd různého věku a chemického složení. Numerické metody pro simulaci nestacionárního větru ve hvězdokupách jsou použity pro získání znalostí o chování plynu uvnitř mladé hvězdokupy, především o tepelné nestabilitě, která může vést ke vzniku nových hvězd. Nejnovější modely vývoje hvězd poskytují základní vstupní parametry pro určení množství hmoty a energie, které do hvězdokupy vkládají hmotné hvězdy ve formě extrémně rychlých hvězdných větrů a výbuchů supernov. Michail Kourniotis s kolegy Richardem Wünschem a Barnabásem Barnou využijí superpočítač k vytvoření 3D simulací s vysokým rozlišením, které poskytnou informace o vzniku několika hvězdných generací v kulových hvězdokupách. Cílem projektu je rovněž studium vlivu extrémních typů hvězd na vývoj větru ve hvězdokupách a jeho prostorovém rozložení.



FORMOVÁNÍ PLANETÁRNÍCH SYSTÉMŮ

Výzva: 13. Veřejná grantová soutěž
Hlavní řešitel: RNDr. Ondřej Chrenko

Instituce: Univerzita Karlova
Oblast: Astrofyzika

Může vzniknout život na planetách objevených mimo naši sluneční soustavu (exoplanetách)? Jedním z dílčích kroků k nalezení odpovědi na tuto otázku je pochopení vzniku exoplanet a jejich soustav. Možné scénáře vzniku exoplanetárních systémů bude hledat Dr. Ondřej Chrenko z Univerzity Karlovy v projektu Formování planetárních systémů. Na výzkumu spolupracuje s dalšími českými astronomy, doc. Miroslavem Brožem a Dr. Davidem Nesvorným (působícím v USA), a rovněž s observatoří ve švédském Lundu. Pomocí výpočetních simulací na superpočítačích v IT4Innovations bude studovat vznik planetárních embryí a jejich dynamický vývoj v plynoprachových discích rotujících kolem mladých hvězd.