Понять натянутые ремни эксцентричного мусора

Заголовок: Пояса эксцентричных обломков раскрывают динамическую историю экзопланет-компаньонов

Авторы: Летиция Родит и Донг Лай

Фонд первого автора: Корнельский центр астрофизики и планетологии, кафедра астрономии, Корнельский университет, Итака, Нью-Йорк 14853, США

условие: Опубликовано в ArXiV, 11 августа 2022 г., передано в MNRAS.

В дополнение к восьми планетам в нашей Солнечной системе есть еще два интересных региона, которые содержат значительно повышенную плотность меньших тел: пояс астероидов Расположен между Марсом и Юпитером, и пояс Койпера На краю Солнечной системы. Эти пояса состоят из остатка периода формирования Солнечной системы, т.е. планеты, объекты, недостаточно массивные, чтобы стать планетами сами по себе. По этой причине эти ремни также известны как пояса мусора.

Пояса космического мусора существуют не только вокруг нашего Солнца, но и Также о других звездах. Столкновения между малыми планетами постоянно производят скопление мелких пылинок, что позволяет обнаруживать эти пылинки за пределами Солнечной системы. пояса мусора. Некоторые из этих аварийных поясов Эксцентричный (эксцентриситет орбиты), такой как пояс обломков вокруг HD 53143, звезды, расположенной на расстоянии 60 световых лет от нас, как показано на рисунке 1. Причиной этого эксцентриситета является спутник планеты на эксцентрической орбите, который вынуждает планеты двигаться по орбите. . Пояс обломков находится на аналогичной орбите. Удивительным наблюдением было то, что ширина этих эксцентричных ремней намного уже, чем можно было бы наивно ожидать. Авторы сегодняшней статьи рассматривают два возможных пути получения этих узких дисков обломков.

Некогерентность планетарных орбит определяет ширину пояса обломков.

Хотя отдельные малые планеты в поясе обломков могут иметь одинаковые большие полуоси, направление их орбит в космосе может быть непоследовательным. Это показано на рис. 2. Эксцентриситет образовавшегося пояса обломков равен вынужденному эксцентриситету экзопланеты. С другой стороны, ширина пояса пропорциональна так называемой «свободной децентрализации» — шкале степени свободы Связано с нециркулярностью отдельных орбит, или, другими словами, изменчивостью направлений отдельных орбит.

Газовый диск может смачивать прогиб

Первый обсуждаемый сегодня авторами механизм, уменьшающий ширину пояса обломков, или, другими словами, уменьшающий его свободный прогиб, возникает при рассмотрении взаимодействия с планетарным поясом и еще существующим протопланетным диском. Такая система, состоящая из протопланетного диска и сосуществующего пояса обломков, хорошо известна как переходный диск. Идея состоит в том, что газ в протопланетном диске оказывает силу сопротивления малым планетам в поясе обломков, тем самым демпфируя его свободное отклонение, увеличивая его сцепление и, таким образом, сужая его ширину. Однако анализ авторов показывает, что этот эффект, вероятно, не может объяснить все наблюдаемые узкие эксцентричные пояса обломков из-за их очень длинной упорядоченности. Время жизни протопланетного диска.

Рассеяние планеты и планет

Другой способ уменьшить эксцентриситет свободного эксцентриситета пояса обломков состоит в том, чтобы со временем увеличивать принудительный эксцентриситет планеты. Это могло бы произойти, если бы планета Рассеяны в результате взаимодействия с другими планетами. Авторы сегодняшней статьи исследуют этот процесс, моделируя эксцентрический рост планеты с помощью случайная прогулка. Пример такого случайного блуждания показан на рисунке 3. Оси на этом рисунке соответствуют двум осям орбитальные элементы которые связаны как с эксцентриситетом, так и с ориентацией орбиты. Автор провел несколько таких рандомизированных экспериментов, чтобы оценить, в какой степени рассредоточение планеты и связанные с этим изменения эксцентриситета могут сделать планетарные орбиты в поясе обломков более когерентными. Действительно, они обнаружили, что большая часть их стохастических симуляций приводит к узкому поясу обломков с когерентными орбитами планет.

Авторы пришли к выводу, что как демпфирование протопланетного диска, так и рассеяние планет могут играть важную роль в формировании формы пояса обломков. Вывод состоит в том, что наблюдение за узким эксцентричным диском обломков содержит важную информацию о динамической истории всей системы.

Astrobit Под редакцией Равана Хаджара.

О Константине Гербиге

Я аспирант астрономии в Йельском университете. Меня интересует экзотеория и протопланетные диски, и я занимаюсь их водными симуляциями. Еще я люблю музыку, а также танцую сальсу и танго.