The origin of Jupiter Trojans

Abstract

The Jupiter Trojans are a group of at least 12, 000 asteroids located in the vicinity of the Lagrange points L4 and L5. There are several theories for the origin of Trojans, such as the chaotic capture during the 1:2 resonance of Jupiter and Saturn, the Jumping Jupiter scenario, or the capture in a gaseous disk. New models, however, show important hydrodynamic phenomena in a gaseous disk during planetary migration, which could also affect Trojan capture, such as the growth of eccentricity or inclination of protoplanets (Chrenko et al. 2017, Eklund & Masset 2017). We performed two-fluid hydrodynamic simulations of a protoplanetary disk consisting of gas and pebbles, with one 20 ME Jupiter-like protoplanet rapidly growing via gas accretion, and computed trajectories and the capture efficiency of small asteroids, from 10 m up to 10 km in diameter. In our simulations, we found that 29 out of 100 hundred-meter planetesimals placed on circular orbits near the growing circular proto-Jupiter were captured in L4/L5. In the case of proto-Jupiter having non-zero initial eccentricity and inclination, the captured orbits of 100 m and 10 km planetesimals were unstable and eventually left the Trojan region. On the contrary, 10 m planetesimals stayed on stable orbits due to aerodynamic drag. The inclinations of captured...

Trojané Jupiteru jsou skupinou více než 12 000 planetek nacházejících se v blízkosti Lagrangeových bodů L4 a L5. O původu Trojanů existuje vícero teorií, například zachycení při rezonanci 1:2 Jupiteru a Saturnu, teorie skákajícího Jupiteru nebo zachycení v plynném disku. Nové modely však ukazují důležité hydrodynamické jevy, které by mohly ovlivnit zachycování Trojanů, jako je růst excentricity a sklonu protoplanet (Chrenko et al. 2017, Eklund & Masset 2017). Provedli jsme dvoutekutinové hydrodynamické simulace protoplanetárního disku složeného z plynu a z balvanů, s jednou protoplanetou o hmotnosti 20 ME, odpoví-dající zárodku Jupiteru, která rychle roste díky akreci plynu. Spočetli jsme trajektorie a účinnosti zachycování planetesimál, s průměry od 10 m do 10 km. Ze 100 stometrových planetesimál umístěných na kruhových drahách poblíž rostoucího kruhového proto-Jupiteru se jich 29 zachytilo v okolí L4/L5. V případě, že proto-Jupiter měl nenulovou počáteční excentricitu a sklon, byly orbity zachycených 100m a 10km planetesimál nestabilní a časem opustily Trojan- skou oblast. Naopak 10m planetesimály zůstaly na stabilních orbitách kvůli aero- dynamickému tření. Sklony zachycených planetesimál jsou závislé na...