Abstract
The planetary radius is almost the only constraint used when studying the interior of planets. Gas giants have a metal core that reaches a certain mass and an envelope of gas surrounding the core. The main ambiguous quantities affecting the radius are the mass, density of the metal core and the chemical composition of the envelope. In our previous study on the gas giants in the Solar System, we obtained a relationship between the mass of the metal core and the total mass of the planet. In this study, we aim to establish a relationship between the core density of the planet and its total mass and to find the effect of irradiation on the radius. We investigate the internal structure of planets numerically by solving the structure equations using the finite difference method. We construct the interior models using the MESA evolution code. When computing the chemical composition, we consider two typical cases where hydrogen and helium are separated or not separated. For this purpose, interior models are constructed for numerous planets. In the models obtained by establishing the relationship between the planetary core density and its total mass, we found that the model radii of the most irradiated gas giants do not increase as the flux increases. In this case, the relationship between radius and irradiation must be indirect. We are investigating what these indirect effects might be.
Keywords
planets and satellites: interiors planets and satellites: gaseous planets planets and satellites: fundamentalparameters planets and satellites: composition exoplanets.
Project Number
122F107
References
- Bolton S. J., Adriani A., Adumitroaie V., Allison M., Anderson J., Atreya S., Bloxham J., ve dig., 2017, Sci, 356, 821. doi:10.1126/science.aal2108
- Böhm-Vitense E., 1958, ZA, 46, 108
- Burrows A., Guillot T., Hubbard W. B., Marley M. S., Saumon D., Lunine J. I., Sudarsky D., 2000, ApJL, 534, L97. doi:10.1086/312638
- Chabrier G., Debras F., 2021, ApJ, 917, 4. doi:10.3847/1538-4357/abfc48
- Durante D., Guillot T., Iess L., Stevenson D. J., Mankovich C. R., Markham S., Galanti E., ve dig., 2022, NatCo, 13, 4632. doi:10.1038/s41467-022-32299-9
- Ferguson J. W., Alexander D. R., Allard F., Barman T., Bodnarik J. G., Hauschildt P. H., Heffner-Wong A., ve dig., 2005, ApJ, 623, 585. doi:10.1086/428642
- Fortney J. J., Marley M. S., Barnes J. W., 2007, ApJ, 659, 1661. doi:10.1086/512120
- Gaulme P., Schmider F.-X., Gay J., Guillot T., Jacob C., 2011, A&A, 531, A104. doi:10.1051/0004-6361/201116903
- Guillot T., Burrows A., Hubbard W. B., Lunine J. I., Saumon D., 1996, ApJL, 459, L35. doi:10.1086/309935
- Guillot T., Santos N. C., Pont F., Iro N., Melo C., Ribas I., 2006, A&A, 453, L21. doi:10.1051/0004-6361:20065476
- Henning T., Semenov D., 2013, ChRv, 113, 9016. doi:10.1021/cr400128p
- Iglesias C. A., Rogers F. J., 1993, ApJ, 412, 752. doi:10.1086/172958
- Iglesias C. A., Rogers F. J., 1996, ApJ, 464, 943. doi:10.1086/177381
- Nettelmann N., Becker A., Holst B., Redmer R., 2012, ApJ, 750, 52. doi:10.1088/0004-637X/750/1/52
- Paxton B., Bildsten L., Dotter A., Herwig F., Lesaffre P., Timmes F., 2011, ApJS, 192, 3. doi:10.1088/0067-0049/192/1/3
- Paxton B., Cantiello M., Arras P., Bildsten L., Brown E. F., Dotter A., Mankovich C., ve dig., 2013, ApJS, 208, 4. doi:10.1088/0067-0049/208/1/4
- Paxton B., Smolec R., Schwab J., Gautschy A., Bildsten L., Cantiello M., Dotter A., ve dig., 2019, ApJS, 243, 10. doi:10.3847/1538- 4365/ab2241
- Rieutord M., Espinosa Lara F., 2013, LNP, 865, 49. doi:10.1007/978-3-642-33380-4_3
- Roxburgh I. W., 2004, A&A, 428, 171. doi:10.1051/0004-6361:20041202
- Saumon D., Chabrier G., van Horn H. M., 1995, ApJS, 99, 713. doi:10.1086/192204
- Seidelmann P. K., Archinal B. A., A’hearn M. F., Conrad A., Consolmagno G. J., Hestroffer D., Hilton J. L., ve dig., 2007, CeMDA, 98, 155. doi:10.1007/s10569-007-9072-y
- Southworth J., 2011, MNRAS, 417, 2166. doi:10.1111/j.1365- 2966.2011.19399.x Storch N. I., Lai D., 2014, MNRAS, 438, 1526. doi:10.1093/mnras/stt2292
- Weiss L. M., Marcy G. W., Rowe J. F., Howard A. W., Isaacson H., Fortney J. J., Miller N., ve dig., 2013, ApJ, 768, 14. doi:10.1088/0004-637X/768/1/14
- Yıldız M., Çelik Orhan Z., Kayhan C., Turkoglu G. E., 2014, MNRAS, 445, 4395. doi:10.1093/mnras/stu2053
- Yıldız M., Çelik Orhan Z., Örtel S., Çakır T., 2024, MNRAS, 528, 6881. doi:10.1093/mnras/stae476
Abstract
Gezegenlerin iç yapısını araştırırken neredeyse tek kısıtlama gezegenin yarıçapıdır. Gaz devleri basitçe belirli bir kütleye ulaşan metal bir özeğe ve bu özeği çevreleyen bir gaz zarfa sahiptir. Yarıçapı etkileyen ancak belirsiz olan ana nicelikler, metal özeğin kütlesi, yoğunluğu ve zarfın kimyasal bileşimidir. Güneş Sistemi’ndeki gaz devler üzerine daha önce yaptığımız araştırmada, metal özeğin kütlesi ile gezegenin toplam kütlesi arasında bir ilişki elde etmiştik. Bu çalışmada gezegenin özek yoğunluğu ile toplam kütlesi arasında ilişki kurmayı ve aydınlatmanın yarıçap üzerindeki etkisini bulmayı hedefliyoruz. Gezegenlerin iç yapısını yapı denklemlerini çözerek sonlu farklar yöntemiyle sayısal olarak araştırıyoruz. İç yapı modellerini MESA evrim programını kullanarak elde ediyoruz. Kimyasal bileşimi hesaplarken hidrojen ve helyum elementlerinin ayrıştığı ve ayrışmadığı tipik durumları göz önünde tutabiliriz. Bunun için birçok gezegenin içyapı modeli oluşturuldu. Gezegenin özek yoğunluğu ile toplam kütlesi arasında ilişki kurarak elde edilen modellerde, en fazla aydınlatılan gaz devlerin akılarına göre yarıçaplarının artmadığını gördük. Bu durumda, yarıçapın aydınlatma ile olan ilişkisi doğrudan değil dolaylı bir ilişki olmalı. Bu dolaylı etkilerin neler olabileceğini irdeliyoruz.
Keywords
planets and satellites: interiors planets and satellites: gaseous planets planets and satellites: fundamentalparameters planets and satellites: composition exoplanets.
Project Number
122F107
References
- Bolton S. J., Adriani A., Adumitroaie V., Allison M., Anderson J., Atreya S., Bloxham J., ve dig., 2017, Sci, 356, 821. doi:10.1126/science.aal2108
- Böhm-Vitense E., 1958, ZA, 46, 108
- Burrows A., Guillot T., Hubbard W. B., Marley M. S., Saumon D., Lunine J. I., Sudarsky D., 2000, ApJL, 534, L97. doi:10.1086/312638
- Chabrier G., Debras F., 2021, ApJ, 917, 4. doi:10.3847/1538-4357/abfc48
- Durante D., Guillot T., Iess L., Stevenson D. J., Mankovich C. R., Markham S., Galanti E., ve dig., 2022, NatCo, 13, 4632. doi:10.1038/s41467-022-32299-9
- Ferguson J. W., Alexander D. R., Allard F., Barman T., Bodnarik J. G., Hauschildt P. H., Heffner-Wong A., ve dig., 2005, ApJ, 623, 585. doi:10.1086/428642
- Fortney J. J., Marley M. S., Barnes J. W., 2007, ApJ, 659, 1661. doi:10.1086/512120
- Gaulme P., Schmider F.-X., Gay J., Guillot T., Jacob C., 2011, A&A, 531, A104. doi:10.1051/0004-6361/201116903
- Guillot T., Burrows A., Hubbard W. B., Lunine J. I., Saumon D., 1996, ApJL, 459, L35. doi:10.1086/309935
- Guillot T., Santos N. C., Pont F., Iro N., Melo C., Ribas I., 2006, A&A, 453, L21. doi:10.1051/0004-6361:20065476
- Henning T., Semenov D., 2013, ChRv, 113, 9016. doi:10.1021/cr400128p
- Iglesias C. A., Rogers F. J., 1993, ApJ, 412, 752. doi:10.1086/172958
- Iglesias C. A., Rogers F. J., 1996, ApJ, 464, 943. doi:10.1086/177381
- Nettelmann N., Becker A., Holst B., Redmer R., 2012, ApJ, 750, 52. doi:10.1088/0004-637X/750/1/52
- Paxton B., Bildsten L., Dotter A., Herwig F., Lesaffre P., Timmes F., 2011, ApJS, 192, 3. doi:10.1088/0067-0049/192/1/3
- Paxton B., Cantiello M., Arras P., Bildsten L., Brown E. F., Dotter A., Mankovich C., ve dig., 2013, ApJS, 208, 4. doi:10.1088/0067-0049/208/1/4
- Paxton B., Smolec R., Schwab J., Gautschy A., Bildsten L., Cantiello M., Dotter A., ve dig., 2019, ApJS, 243, 10. doi:10.3847/1538- 4365/ab2241
- Rieutord M., Espinosa Lara F., 2013, LNP, 865, 49. doi:10.1007/978-3-642-33380-4_3
- Roxburgh I. W., 2004, A&A, 428, 171. doi:10.1051/0004-6361:20041202
- Saumon D., Chabrier G., van Horn H. M., 1995, ApJS, 99, 713. doi:10.1086/192204
- Seidelmann P. K., Archinal B. A., A’hearn M. F., Conrad A., Consolmagno G. J., Hestroffer D., Hilton J. L., ve dig., 2007, CeMDA, 98, 155. doi:10.1007/s10569-007-9072-y
- Southworth J., 2011, MNRAS, 417, 2166. doi:10.1111/j.1365- 2966.2011.19399.x Storch N. I., Lai D., 2014, MNRAS, 438, 1526. doi:10.1093/mnras/stt2292
- Weiss L. M., Marcy G. W., Rowe J. F., Howard A. W., Isaacson H., Fortney J. J., Miller N., ve dig., 2013, ApJ, 768, 14. doi:10.1088/0004-637X/768/1/14
- Yıldız M., Çelik Orhan Z., Kayhan C., Turkoglu G. E., 2014, MNRAS, 445, 4395. doi:10.1093/mnras/stu2053
- Yıldız M., Çelik Orhan Z., Örtel S., Çakır T., 2024, MNRAS, 528, 6881. doi:10.1093/mnras/stae476
Details
| Primary Language | Turkish |
|---|---|
| Subjects | Planetary Science (Excl. Solar System and Planetary Geology), Astronomical Sciences (Other) |
| Journal Section | Articles |
| Authors | |
| Project Number | 122F107 |
| Early Pub Date | June 22, 2025 |
| Publication Date | July 1, 2025 |
| Submission Date | November 29, 2024 |
| Acceptance Date | March 12, 2025 |
| Published in Issue | Year 2025 Volume: 6 Issue: Special Issue: UAK2024 Proceedings of the 23rd National Astronomy Congress |
TJAA is a publication of Turkish Astronomical Society (TAD).