Thesis.tex

\documentclass[12pt,twoside]{report}

\usepackage{ucs}
\usepackage[utf8] {inputenc}
\usepackage[greek,english] {babel}
\usepackage[a4paper,width=150mm,top=25mm,bottom=25mm,bindingoffset=0.6mm]{geometry}
\usepackage{fancyhdr}
 \pagestyle{fancy}
 \fancyhead{}
 \fancyfoot{}
 \fancyfoot[CO,CE]{\thepage}
 \fancyfoot[LE,LO]{{\gr Κεφάλαιο} \thechapter}
 \fancyfoot[RE,RO]{{\gr Αδάμ Παρκοσίδης}}
 \renewcommand{\headrulewidth}{0.4pt}
 \renewcommand{\footrulewidth}{0.4pt}
\usepackage{caption}
\usepackage{subcaption}
\usepackage{amsmath}
\usepackage{esint}
\usepackage{csvsimple,longtable,booktabs}
\usepackage{array}
\usepackage{adjustbox}
\usepackage{lmodern}
\usepackage{minted}
\usepackage{xcolor}
\usepackage{gensymb}
%\usepackage{listings}

\usepackage{graphicx}
 \graphicspath{ {Discs-PDF/} }


\usepackage{hyperref}
\hypersetup{
    colorlinks=true,
    linkcolor=blue,
    filecolor=magenta,
    urlcolor=cyan,
}

\urlstyle{same}

 \numberwithin{equation}{section}



\newcommand{\en} {\selectlanguage {english}}
\newcommand{\gr} {\selectlanguage {greek}}
\renewcommand\listoflistingscaption{Κατάλογος Κωδίκων}

\begin{document}
\gr

\begin{titlepage}
   \begin{center}
       \vspace*{1cm}

       \Huge
       \gr
       \textbf{Δυναμικές Διαταραχές σε Πρωτοπλανητικούς Δίσκους Κοσμικής Σκόνης Παρουσία Γιγάντιου Πλανήτη}

       \vspace{0.5cm}
       Πιθανή Ανίχνευση τους με την {\en ALMA}


       \vspace{1cm}
       \huge
       \textbf{Αδάμ Παρκοσίδης}\\

       \vspace{0.5cm}
       \large
       Επιβλέποντες Καθηγητές:\\
       Παπαδόπουλος Παντελής, Κλεομένης Τσιγάνης

       \vspace{0.7cm}

       \Large
       Πτυχιακή εργασία για την απόκτηση\\
       \en
       Bachelor of Physics
       \gr
       \vspace{0.5cm}

       \includegraphics[scale= 0.5]{LogoAUTHblack72ppi}

       \Large
       Τομέας Αστροφυσικής, Αστρονομίας και Μηχανικής\\
       Τμήμα Φυσικής \\
       Σχολή Θετικών Επιστημών\\
       Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης\\
       Ελλάδα\\

   \end{center}
\end{titlepage}



\chapter*{Περίληψη}
\pagestyle{empty}

Οι πρωτοπλανητικοί δίσκοι, που περιβάλλουν νεαρούς αστέρες, αποτελούμενοι απο νέφη αερίου και σκόνης είναι η μήτρα στην οποία γεννιούνται οι πλανήτες. Η διαδικασία ξεκινάει απο τη συσσωμάτωση σωματιδίων σκόνης (της τάξης των μ{\en m})  και καταλήγει σε πλήρεις πλανήτες. Τα ολοένα και μεγαλύτερης μάζας σώματα, καθώς περιφέρονται σε ελλειπτικές τροχιές γύρω απο τον αστέρα, <<καθαρίζουν>> την τροχιά τους απο μικρότερα σωματίδια$\cdot$ είτε προσκολλώντας τα σε αυτά είτε διώχνοντας τα μέσω του φαινομένου της {\it βαρυτικής σκέδασης}. Αυτό έχει σαν αποτέλεσμα να  εμφανίζονται φαινομενικά κενοί, απο σκόνη και αέριο, δακτύλιοι στο επίπεδο του δίσκου. Τέτοιοι δίσκοι γίνονται αντιληπτοί απο την ισχυρή {\en far-IR/submillimeter} ακτινοβολία που εκπέμπουν. Το ποσό της απορροφούμενης και της εκπεμπόμενης (σε μεγαλύτερα μήκη κύματος) ακτινοβολίας καθορίζει την θερμοκρασία της σκόνης. Στην παρούσα εργασία θα κατασκευάσουμε, με επαγωγικό τρόπο, έναν επίπεδο, {\it {\en flat}, πρωτοπλανητικό δίσκο σκόνης} \underline{(χωρίς αέριο)} με την παρουσία ενός γιγάντιου πλανήτη. Θεωρούμε ότι ο δίσκος έχει εξαντλήσει το απόθεμα αερίου του. Αρχικά θα μελετήσουμε μέσω αριθμητικών προσομοιώσεων τη δυναμική εξέλιξη των σωματιδίων του δίσκου, υπο την παρουσία του πλανήτη. Έπειτα θα προσπαθήσουμε να προσδιορίσουμε το προφίλ επιφανειακής πυκνότητας του δίσκου αποτυπώνοντας την ύπαρξη του πλανήτη στον δίσκο μέσω κάποιου <<δείκτη>>. Στη συνέχεια θα εκλέξουμε το μοντέλο ακτινοβολίας βάση του οποίου θα υπολογίσουμε την κατανομή θερμοκρασιών στον δίσκο θεωρώντας σφαιρικά σωματίδια ίδιας σύστασης και μεγέθους. Ακόμα προσεγγίζοντας το σύστημα ως <<παρατηρητές>> θα μελετήσουμε την κατανομή φασματικής ενέργειας του συστήματος ({\en Spectral Energy Distribution}) που λαμβάνουμε. Στο τέλος θα παράγουμε χάρτες κατανομής της θερμικής ακτινοβολίας σκόνης στην κυματική περιοχή των {\en Millimeter/Submillimeter} και πιο συγκεκριμένα στις βασικές συχνότητες της {\en Attacama Large Millimeter Array (ALMA)}, καθώς αποτελεί το μοναδικό όργανο που μπορεί να αποκαλύψει την <<υπογραφή>> ενός γιγάντιου πλανήτη στα δυναμικά χαρακτηριστικά μακρινών πρωτοπλανητικών δίσκων στον Γαλαξία μας.


\newpage
\en
\chapter*{Abstract}

The protoplanetary discs that surround the new born stars, which consist of gas and dust, are the uterus in which new planets are born. The process starts with the aggregation of dust particles (of the {\gr μ}m range) and ends up in complete planets. The ever-increasing large mass bodies, as they rotate in elliptical orbits around the stars, ``clear'' their orbits from smaller particles either by attaching themselves to them or by the phenomenon of {\it gravitational scattering}. As a result, seemingly empty (of dust and gas) rings appear at the level of the disc. Such discs are perceived by the strong far-IR/submillimeter radiation they emit. The amount of absorbed and emitted (at longer wavelengths) radiation determines the temperature of the dust. In the present work we will inductively create a {\it flat} protoplanetary dust disc \underline{(without gas)} in the presence of a giant planet. We consider that the disc has depleted its gas supply. Initially, we will go through numerical simulations to examine the dynamical evolution of the disc's particles and then we will try to determine the disc's surface density profile depicting the existence of the planet on the disc via a ``pointer''. We will also choose the radiation model, on whose basis we will estimate the temperature distribution in the disc, in the presence of the planet, for spherical particles of the same composition and size. We then study the emergent Spectral Energy Distribution (SED) that we receive. Finally, we will produce maps with the distribution of the thermal radiation of the dust at the Millimeter/Submillimeter range and more specifically, at the basic frequencies of the Attacama Large Millimeter Array (ALMA), because this is the only instrument which can reveal the ``signature'' of a giant planet at the dynamical features of far away protoplanetary discs in our Galaxy.

\newpage
\gr
\chapter*{Ευχαριστίες}

Η εκπόνηση της παρούσας πτυχιακής διατριβής θα ήταν αδύνατη χωρίς την πολύτιμη βοήθεια και υποστήριξη που έλαβα απο τους επιβλέποντες καθηγητές μου, κύριο Κλεομένη Τσιγάνη και κύριο Παντελή Παπαδόπουλο. Στο παραπάνω σύνολο θα ήθελα να προσθέσω τον Δόκτωρ Δημήτρη Σταματέλλο, {\en (UCLan, Preston, UK)}, η προσφορά του οποίου ήταν εξαιρετικά σημαντική. Απο την πλευρά μου θα ήθελα να εκφράσω την ευγνωμοσύνη μου για την υπομονή, την εμπιστοσύνη τους αλλά και για τον χρόνο που μου αφιέρωσαν.

\newpage

\tableofcontents
\listoffigures
\listoftables
%\listoflistings


\newpage
\chapter*{Σταθερές}
\begin{table}[h]
 \centering
 \begin{tabular}{l | l }
   Φυσικές Σταθερές & {Τιμές και Μονάδες Μέτρησεις}\\
     \hline \hline
   Παγκόσμια Σταθερά & $G=6.6673\times10^{-8} \; \frac{cm^3}{g sec^2} $\\
   Ταχύτητα του φωτός στο κενό & $c=2.99792\times10^{10} \; \frac{cm}{sec}$\\
   Σταθερά του {\en Planck} & $h=6.6261\times10^{-27} \; erg \; sec$\\
   Σταθερά του {\en Boltzmann} & $k=1.3807\times10^{-16} \; \frac{erg}{K}$\\
   Σταθερά του {\en Stefan-Boltzmann} & $\sigma=5.6711\times10^{-5} \; \frac{erg}{cm^2 sec K^4}$\\
   Σταθερά της ακτινοβολίας & $α=7.5667\times10^{-15} \; \frac{erg}{cm^3K^4}$\\
 \end{tabular}
 \caption{Πίνακας Φυσικών Σταθερών}\label{tab:Constants}
\end{table}

\begin{table}[h]
 \centering
 \begin{tabular}{l | l }
   Αστρονομικές Σταθερές & {Τιμές και Μονάδες Μέτρησεις}\\
     \hline \hline
   Αστρονομική Μονάδα & $1 AU = 1.4959\times10^{13} \; cm $\\
   {\en Parsec} & $1 pc = 206265 \; AU $\\
   Μάζα Ήλιου & $1 M_\odot = 1.99\times10^{33} \; g$\\
   Ακτίνα Ήλιου & $1 R_\odot = 6.955\times10^{10} \; cm$\\
   Ηλιακή Σταθερά & $l\odot = 1.366\times10^{6} \; \frac{erg}{cm^2 sec}$\\
   Μάζα Γης & $1 M_\oplus = 5.98\times10^{27} \; g$\\
 \end{tabular}
 \caption{Πίνακας Αστρονομικών Σταθερών}\label{tab:Constants2}
\end{table}

\newpage

\chapter{Εισαγωγή}
\input{Chapters/Chapter1}

\chapter{Αρχικές Συνθήκες}
\input{Chapters/Chapter2}

\chapter{Δυναμική Εξέλιξη του Συστήματος}
\input{Chapters/Chapter3}

\chapter{Κατανομή της Εκπεμπόμενης Ακτινοβολίας}
\input{Chapters/Chapter4}

\chapter{Φασματική και Χωρική Κατανομή της Εκπεμπόμενης Ακτινοβολίας}
\input{Chapters/Chapter5}

\chapter{Παρατηρήσεις και Συμπεράσματα}
\input{Chapters/Conclusions}

\bibliographystyle{plain}
\en
\bibliography{Bibliography}
\end{document}