Přenos záření v protoplanetárních discích versus pozorování interferometrem ALMA

Abstract

We study observability of protoplanetary disc structures by the ALMA interferometer. Structures, which planets create in discs have a form of spiral arms, rings or gaps. Our goal is to calculate synthetic images of such discs. For this purpose, we created Faradit, a program for extending a two-dimensional hydrodynamical simulation of a protoplanetary disc to the third, vertical dimension. We studied 5 different cases: a vertically isothermal disc, an optically thick disk, an optically thin disc, a disc with a distribution of grain sizes and a disc with viscous heating and dust grain evaporation. In all of them, we calculated radiation transfer using RADMC-3D program and created ideal images for six different wavelengths. Eventually, we assessed whether these structures are observable, using a simulator of interferometric observations (ALMA OST). Despite the structures induced by protoplanets with masses 3 M⊕ were present, we concluded they are not observable with a realistic signal and noise of ALMA in continuum. The respective disc would have to be more evolved, with an opened gap. 1

V této práci se zabýváme pozorovatelností struktur v protoplanetárních discích pří- strojem ALMA. Strukturami, které vytvářejí vnořené planety, bývají spirální ramena, prstence nebo mezery. Cílem je vypočítat syntetické obrazy takových disků. Za tímto účelem jsme naprogramovali program Faradit, kterým jsme dvourozměrnou hydrodyna- mickou simulaci protoplanetárního disku rozšířili do třetího, vertikálního směru. Zkoumali jsme pět různých případů: vertikálně izotermální disk, opticky tlustý disk, opticky tenký disk, disk s rozdělením velikostí prachových zrn a disk s viskózním ohřevem a vypařová- ním zrn. Ve všech jsme pomocí programu RADMC-3D vypočítali přenos záření a získali ideální obrazy pro šest různých vlnových délek. Nakonec jsme pomocí simulátoru interfe- rometrického pozorování (ALMA OST) posoudili, jak jsou struktury pozorovatelné. Ač- koli jsme v ideálních obrazech projevy přítomnosti planet o hmotnosti 3 M⊕ viděli, nejsou přístrojem ALMA pozorovatelné v kontinuu. Muselo by se jednat o pozdější vývojovou fázi, s otevřenou mezerou. 1