3D Numerical Model of the Envelope of a Hot Exoplanet Based on Spherical Coordinates

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

A new 3D parallel numerical code in spherical coordinates has been developed to study the stellar wind flow around hot Jupiter. The peculiarity of the spherical coordinate system in the vicinity of the poles is overcome by using a ternary spherical grid, which is a composite grid consisting of three separate sectors. The numerical model of multicomponent magnetohydrodynamics, developed earlier for Cartesian coordinates, has been transferred to the new model. The results of a numerical calculation of the structure of an extended envelope of a quasi-open type for the case of a super-Alfvenian flow around a hot Jupiter are presented. We showed that the spatial resolution of the grid is sufficient for a self-consistent calculation of the structure of the atmosphere of a hot Jupiter. This allows further use of the new model for 3D aeronomic calculations.

About the authors

A. G. Zhilkin

Institute of Astronomy, Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: zhilkin@inasan.ru
119017, Moscow, Russia

References

  1. D. V. Bisikalo, V. I. Shematovich, P. V. Kaygorodov, and A. G. Zhilkin, Physics Uspekhi 64(8), 747 (2021).
  2. D. V. Bisikalo, V. I. Shematovich, P. V. Kaigorodov, and A. G. Zhilkin, Gaseous Envelopes of Exoplanets – Hot Jupiters (Moscow: Nauka, 2020) [in Russian].
  3. M. Mayor and D. Queloz, Nature 378, 355 (1995).
  4. D. Lai, C. Helling, and E. P. J. van den Heuvel, Astrophys. J. 721, 923 (2010).
  5. S.-L. Li, N. Miller, D. N. C. Lin, and J. J. Fortney, Nature 463, 1054 (2010).
  6. A. Vidal-Madjar, A. Lecavelier des Etangs, J.-M. Desert, G. E. Ballester, et al., Nature 422, 143 (2003).
  7. Vidal-Madjar, J.-M. Desert, A. Lecavelier des Etangs, G. Hebrard, et al., Astrophys. J. 604, L69 (2004).
  8. L. Ben-Jaffel, Astrophys. J. 671, L61 (2007).
  9. A. Vidal-Madjar, A. Lecavelier des Etangs, J.-M. Desert, G. E. Ballester, et al., Astrophys. J. 676, L57 (2008).
  10. L. Ben-Jaffel and S. Sona Hosseini, Astrophys. J. 709, 1284 (2010).
  11. J. L. Linsky, H. Yang, K. France, C. S. Froning, et al., Astrophys. J. 717, 1291 (2010).
  12. A. Lecavelier des Etangs, V. Bourrier, P. J. Wheatley, H. Dupuy, et al., Astron. and Astrophys. 543, id. L4 (2012).
  13. R. V. Yelle, Icarus 170, 167 (2004).
  14. A. Garcia Munoz, Planet. Space Sci. 55, 1426 (2007).
  15. R. A. Murray-Clay, E. I. Chiang, and N. Murray, Astrophys. J. 693, 23 (2009).
  16. T. T. Koskinen, M. J. Harris, R. V. Yelle, and P. Lavvas, Icarus 226, 1678 (2013).
  17. D. E. Ionov, V. I. Shematovich, and Ya. N. Pavlyuchenkov, Astron. Rep. 61, 387 (2017).
  18. D. V. Bisikalo, P. V. Kaigorodov, D. E. Ionov, and V. I. Shematovich, Astron. Rep. 57, 715 (2013).
  19. A. A. Cherenkov, D. V. Bisikalo, and P. V. Kaigorodov, Astron. Rep. 58, 679 (2014).
  20. D. V. Bisikalo and A. A. Cherenkov, Astron. Rep. 60, 183 (2016).
  21. A. Cherenkov, D. Bisikalo, L. Fossati, and C. Möstl, Astrophys. J. 846, 31 (2017).
  22. A. A. Cherenkov, D. V. Bisikalo, and A. G. Kosovichev, Monthly Not. Roy. Astron. Soc. 475, 605 (2018).
  23. D. V. Bisikalo, A. A. Cherenkov, V. I. Shematovich, L. Fossati, and C. Möstl, Astron. Rep. 62, 648 (2018).
  24. I. F. Shaikhislamov, M. L. Khodachenko, H. Lammer, K. G. Kislyakova, et al., Astrophys. J. 832, 173 (2016).
  25. M. L. Khodachenko, I. F. Shaikhislamov, H. Lammer, K. G. Kislyakova, et al., Astrophys. J. 847, 126 (2017).
  26. I. F. Shaikhislamov, M. L. Khodachenko, H. Lammer, A. G. Berezutsky, I. B. Miroshnichenko, and M. S. Rumenskikh, Monthly Not. Roy. Astron. Soc. 481, 5315 (2018).
  27. M. L. Khodachenko, I. F. Shaikhislamov, H. Lammer, A. G. Berezutsky, I. B. Miroshnichenko, M. S. Rumenskikh, K. G. Kislyakova, and N. K. Dwivedi, Astrophys. J. 885, 67 (2019).
  28. I. F. Shaikhislamov, M. L. Khodachenko, H. Lammer, A. G. Berezutsky, I. B. Miroshnichenko, and M. S. Rumenskikh, Monthly Not. Roy. Astron. Soc. 491, 3435 (2020).
  29. K. G. Kislyakova, M. Holmström, H. Lammer, P. Odert, and M. L. Khodachenko, Science 346, 981 (2014).
  30. T. T. Koskinen, J. Y.-K. Cho, N. Achilleos, and A. D. Aylward, Astrophys. J. 722, 178 (2010).
  31. T. T. Koskinen, R. V. Yelle, P. Lavvas, and N. K. Lewis, Astrophys. J. 723, 116 (2010).
  32. G. B. Trammell, P. Arras, and Z.-Y. Li, Astrophys. J. 728, id. 152 (2011).
  33. I. F. Shaikhislamov, M. L. Khodachenko, Y. L. Sasunov, H. Lammer, et al., Astrophys. J. 795, 132 (2014).
  34. M. L. Khodachenko, I. F. Shaikhislamov, H. Lammer, and P. A. Prokhopov, Astrophys. J. 813, 50 (2015).
  35. G. B. Trammell, Z.-Y. Li, and P. Arras, Astrophys. J. 788, id. 161 (2014).
  36. T. Matsakos, A. Uribe, and A. Königl, Astron. and Astrophys. 578, id. A6 (2015).
  37. M. L. Khodachenko, I. F. Shaikhislamov, H. Lammer, I. B. Miroshnichenko, M. S. Rumenskikh, A. G. Berezutsky, and L. Fossati, Monthly Not. Roy. Astron. Soc. 507, 3626 (2021).
  38. A. S. Arakcheev, A. G. Zhilkin, P. V. Kaigorodov, D. V. Bi-sikalo, and A. G. Kosovichev, Astron. Rep. 61, 932 (2017).
  39. D. V. Bisikalo, A. S. Arakcheev, and P. V. Kaigorodov, Astron. Rep. 61, 925 (2017).
  40. A. G. Zhilkin and D. V. Bisikalo, Astron. Rep. 63, 550 (2019).
  41. A. G. Zhilkin, D. V. Bisikalo, and P. V. Kaygorodov, Astron. Rep. 64, 159 (2020).
  42. A. G. Zhilkin, D. V. Bisikalo, and P. V. Kaygorodov, Astron. Rep. 64, 259 (2020).
  43. A. G. Zhilkin and D. V. Bisikalo, Astron. Rep. 64, 563 (2020).
  44. A. G. Zhilkin, D. V. Bisikalo, and E. A. Kolymagina, Astron. Rep. 65, 676 (2021).
  45. А. Г. Жилкин, Д. В. Бисикало, Астрон. журн. 99, 970 (2022).
  46. A. G. Zhilkin and D. V. Bisikalo, Universe 7, 422 (2021).
  47. C. Ronchi, R. Iacono, and P. S. Paolucci, J. Comput. Phys. 124, 93 (1996).
  48. V. Koldoba, M. M. Romanova, G. V. Ustyugova, and R. V. E. Lovelace, Astrophys. J. 576, L53 (2002).
  49. L. Ivan, H. De Sterck, S. A. Northrup, and C. P. T. Groth, J. Comput. Phys. 255, 205 (2013).
  50. G. Chesshire and W. D. Henshaw, J. Comput. Phys. 90, 1 (1990).
  51. A. V. Usmanov, M. L. Goldstein, and W. H. Matthaeus, Astrophys. J. 754, id. 40 (2012).
  52. A. Kageyama and T. Sato, Geochemistry, Geophysics, Geosystems 5, 9005 (2004).
  53. X. S. Feng, L. P. Yang, C. Q. Xiang, S. T. Wu, Y. Zhou, and D. Zhong, Astrophys. J. 723, 300 (2010).
  54. X. Feng, M. Zhang, and Y. Zhou, Astrophys. J. Suppl. 214, id. 6 (2014).
  55. D. V. Bisikalo, A. G. Zhilkin, and A. A. Boyarchuk, Gas Dynamics of Close Binary Stars (Moscow: Fizmatlit, 2013) [in Russian].
  56. A. G. Zhilkin, D. V. Bisikalo, and A. A. Boyarchuk, Physics Uspekhi 55, 115 (2012).
  57. T. Tanaka, J. Comput. Phys. 111, 381 (1994).
  58. K. G. Powell, P. L. Roe, T. J. Linde, T. I. Gombosi, and D. L. de Zeeuw, J. Comput. Phys. 154, 284 (1999).
  59. A. Dedner, F. Kemm, D. Kroner, C.-D. Munz, T. Schnitzer, and M. Wesenberg, J. Comput. Phys. 175, 645 (2002).
  60. E. J. Weber and L. Davis, Jr., Astrophys. J. 148, 217 (1967).
  61. M. J. Owens and R. J. Forsyth, Liv. Rev. Solar Physics 10, 5 (2013).
  62. U. Ziegler, J. Comput. Phys. 230, 1035 (2011).
  63. А. Г. Жилкин, А. В. Соболев, Д. В. Бисикало, М. М. Габдеев, Астрон. журн. 96(9), 748 (2019).

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2.

Download (1015KB)
Indexing metadata
3.

Download (25KB)
Indexing metadata
4.

Download (1MB)
Indexing metadata
5.

Download (2MB)
Indexing metadata
6.

Download (85KB)
Indexing metadata
7.

Download (87KB)
Indexing metadata
8.

Download (1MB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2023 А.Г. Жилкин

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».