1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Астрономический вестник
  4. T. 57, № 6, 2023

Астрономический вестник, 2023, T. 57, № 6, стр. 605-622

Движение планетезималей в сфере Хилла звезды Проксима Центавра

С. И. Ипатов *

Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН
Москва, Россия

* E-mail: siipatov@hotmail.com

Поступила в редакцию 06.04.2023
После доработки 11.05.2023
Принята к публикации 23.05.2023

Аннотация

Рассматривалось движение планетезималей, первоначально находившихся в зоне питания планеты Проксима Центавра с, на расстояниях от звезды от 500 а. е. до радиуса сферы Хилла звезды, равного 1200 а. е. В рассмотренной безгазовой модели основной выброс планетезималей из большей части зоны питания почти сформировавшейся планеты с на расстояния от звезды, большие 500 а. е., происходил в течение первых 10 млн лет. Только для планетезималей, первоначально находившихся на краях зоны питания планеты, доля планетезималей, впервые достигших 500 а. е. за время, большее 10 млн лет, была больше половины. Отдельные планетезимали могли достигать внешней части сферы Хилла звезды и через сотни миллионов лет. Около 90% планетезималей, впервые достигших 500 а. е. от звезды Проксима Центавра, впервые достигли 1200 а. е. от звезды менее, чем за 1 млн лет, при современной массе планеты с. При этом не более 2% планетезималей, имевших афелийные расстояния орбит между 500 и 1200 а. е., двигались по таким орбитам в течение более 10 млн лет (но менее нескольких десятков миллионов лет). При массе планеты, равной половине массы планеты с, доля планетезималей, увеличивших максимальные расстояния от звезды с 500 до 1200 а. е. менее, чем за 1 млн лет, была около 70–80%. При современной массе планеты с среди планетезималей, впервые достигших 500 а. е. от звезды, доля планетезималей с эксцентриситетами орбит, большими 1, равнялась 0.05 и 0.1 при начальных эксцентриситетах их орбит e0 = 0.02 и e0 = 0.15 соответственно. Среди планетезималей, впервые достигших 1200 а. е. от звезды, эта доля была около 0.3 при обоих значениях e0. Минимальные значения эксцентриситета орбит планетезималей, достигших 500 и 1200 а. е. от звезды, равнялись 0.992 и 0.995 соответственно. В рассмотренной модели во внешней части сферы Хилла звезды диск планетезималей был довольно плоским. Наклонения i орбит более 80% планетезималей, впервые достигших 500 или 1200 а. е. от звезды, не превышали 10о. При современной массе планеты с в среднем по всем вариантам расчетов доля таких планетезималей с i > 20° не превышала 1%. Полученные результаты могут быть интересны для понимания движения тел в некоторых других экзопланетных системах, особенно в системах с одной доминирующей планетой. Они могут быть использованы для задания исходных данных для моделей эволюции диска тел во внешней части сферы Хилла звезды Проксима Центавра, которые учитывают гравитационные взаимодействия и столкновения тел между собой, а также влияние других звезд. Сильно наклоненные орбиты тел во внешней части сферы Хилла звезды Проксима Центавра могут быть только в основном за счет тел, пришедших в сферу Хилла извне. Радиус сферы Хилла звезды Проксима Центавра на порядок меньше радиуса внешней границы облака Хиллса в Солнечной системе и на два порядка меньше радиуса сферы Хилла Солнца. Поэтому трудно ожидать существования у этой звезды столь же массивного аналога облака Оорта, как у Солнца.

Ключевые слова: Проксима Центавра, планетезимали, зона питания планеты, сфера Хилла, облака Хиллса и Оорта

Список литературы

  1. Емельяненко В.В. Новые проблемы динамики и происхождения комет после космичесской миссии “Rosetta” // Астрон. вестн. 2018. Т. 52. С. 391–401. (Emel’yanenko V.V. Dynamics and origin of comets: new problems appeared after the Rosetta space mission // Sol. Syst. Res. 2018. V. 52. P. 382–391.) https://doi.org/10.1134/S0038094618050039.

  2. Ипатов С.И. Миграция планетезималей на последних стадиях аккумуляции планет-гигантов // Астрон. вестн. 1989a. Т. 23. № 1. С. 27–38. (Ipatov S.I. Planetesimal migration during the last stages of accumulation of the giant planets // Sol. Syst. Res. 1989a. V. 23. № 1. P. 16–23.).

  3. Ипатов С.И. Эволюция эксцентриситетов орбит планетезималей при формировании планет-гигантов // Астрон. вестн. 1989б. Т. 23. № 3. С. 197–206. (Ipatov S.I. Evolution of the orbital eccentricities of planetesimals during formation of the giant planets // Sol. Syst. Res. 1989b. V. 23. № 3. P. 119–125.)

  4. Ипатов С.И. Эволюция орбит растущих зародышей планет-гигантов, первоначально двигавшихся по сильно эксцентричным орбитам // Письма в Астрон. журн. 1991. Т. 17. № 3. С. 269–281.

  5. Ипатов С.И. Миграция тел в процессе аккумуляции планет // Астрон. вестн. 1993. Т. 27. № 1. С. 83–101. (Ipatov S.I. Migration of bodies in the accretion of planets // Sol. Syst. Res. 1993. V. 27. № 1. P. 65–79. https://www.academia.edu/44448077/Migration_of_bodies_in_the_accretion_of_planets).

  6. Ипатов С.И. Миграция небесных тел в Солнечной системе. Изд-во УРСС, 2000. 320 с. (также Изд. стереотип. URSS. 2021. 320 с.) https://doi.org/10.17513/np.451. https://elibrary.ru/item.asp?id=46237738.

  7. Ипатов С.И. Устойчивые орбиты в зоне питания планеты Проксима Центавра с // Астрон. вестн. 2023. Т. 57. № 3. С. 248–261. https://doi.org/10.31857/S0320930X23030039 (Ipatov S.I. Stable orbits in the feeding zone of planet Proxima Centauri c // Sol. Syst. Res. 2023. V. 57. № 3. P. 236–248.)

  8. Маров М.Я., Ипатов С.И. Процессы миграции в Солнечной системе и их роль в эволюции Земли и планет // Успехи физ. наук. 2023. Т. 193. № 1. С. 2–32. https://doi.org/10.3367/UFNr.2021.08.039044

  9. Маров М.Я., Шевченко И.И. Экзопланеты: природа и модели // Успехи физ. наук. 2020. Т. 190. № 9. С. 897–932. https://doi.org/10.3367/UFNr.2019.10.038673.

  10. Маров М.Я. Шевченко И.И. Экзопланеты. Физика, Динамика, Космогония. М.: Физматлит, 2022. 192 с.

  11. Сафронов В.С. Эволюция допланетного облака и образование Земли и планет. М.: Наука, 1969. 244 с.

  12. Чеботарев Г.А. Динамические пределы Солнечной системы // Астрон. журн. 1964. Т. 41. № 5. С. 983–989.

  13. Brasser R., Morbidelli, A. Oort cloud and Scattered Disc formation during a late dynamical instability in the Solar System // Icarus. 2013. V. 225. P. 40–49.

  14. Brasser R., Duncan M.J., Levison H.F. Embedded star clusters and the formation of the Oort cloud // Icarus. 2006. V. 184. P. 59–82.

  15. Brasser R., Higuchi A., Kaib N. Oort cloud formation at various galactic distances // Astron. and Astrophys. 2010. V. 516. id. 72 (12 p.).

  16. Clement M.S., Kaib N.A., Raymond S.N., Walsh K.J. Mars’ growth stunted by an early giant planet instability // Icarus. 2018. V. 311. P. 340–356.

  17. Clement M.S., Kaib N.A., Raymond S.N., Chambers J.E., Walsh K.J. The early instability scenario: Terrestrial planet formation during the giant planet instability, and the effect of collisional fragmentation // Icarus. 2019. V. 321. P. 778–790.

  18. Dones L., Weissman P.R., Levison H.F., Duncan M.J. Oort Cloud formation and dynamics // Comets II / Eds: Featou M.C., Keller K.U., Weaver H.A. Tucson, AZ: Univ. Arizona Press, 2004. P. 153–174.

  19. Dones L., Brasser R., Kaib N., Rickman H. Origin and evolution of the cometary reservoirs // Space Sci. Rev. 2015. V. 197. P. 191–269.

  20. Duncan M., Quinn T., Tremaine S. The formation and extent of the Solar System comet cloud // Astron. J. 1987. V. 94. P. 1330–1338.

  21. Dybczynski P.A., Leto G., Jakubík M., Paulech T., Neslušan L. The simulation of the outer Oort cloud formation. The first giga-year of the evolution // Astron. and Astrophys. 2008. V. 487. P. 345–355.

  22. Emel’yanenko V.V., Asher D.J., Bailey M.E. Centaurs from the Oort cloud and the origin of Jupiter-family comets // Mon. Notic. Roy. Astron. Soc. 2005. V. 361. P. 1345–1351.

  23. Emel’yanenko V.V., Asher D.J., Bailey M.E. The fundamental role of the Oort cloud in determining the flux of comets through the planetary system // Mon. Notic. Roy. Astron. Soc. 2007. V. 381. P. 779–789. https://doi.org/10.1111/j.1365-2966.2007.12269.x

  24. Emel’yanenko V.V., Asher D.J., Bailey M.E. A model for the common origin of Jupiter family and Halley type comets // Earth, Moon, and Planets. 2013. V. 110. P. 105–130. https://doi.org/10.1007/s11038-012-9413-z

  25. Fernandez J.A., Brunini A. The buildup of a tightly bound comet cloud around an early Sun immersed in a dense Galactic environment: Numerical experiments // Icarus. 2000. V. 145. P. 580–590.

  26. Fouchard M., Emel’yanenko V., Higuchi A. Long-period comets as a tracer of the Oort cloud structure // Celest. Mech. and Dyn. Astron. 2020. V. 132. id 43 (22 p.)

  27. Frantseva K., Nesvorný D., Mueller M., van der Tak F.F.S., ten Kate I.L., Pokorný P. Exogenous delivery of water to Mercury // Icarus. 2022. V. 383. id. 114980 (11 p.).

  28. Gomes R., Levison H.F., Tsiganis K., Morbidelli A. Origin of the cataclysmic Late Heavy Bombardment period of the terrestrial planets // Nature. 2005. V. 435. № 7041. P. 466–469.

  29. Hills J.G. Comet showers and the steady-state infall of comets from the Oort cloud // Astron. J. 1981. V. 86. P. 1730–1740.

  30. Ipatov S.I. Accumulation and migration of the bodies from the zones of giant planets // Earth, Moon, and Planets. 1987. V. 39. № 2. P. 101–128. http://articles.adsabs.harvard.edu/full/ 1987EM%26P…39..101I.

  31. Ipatov S.I. Possible migration of the giant planets embryos // 22nd Lunar and Planet. Sci. Conf. 1991. P. 607–608. https://articles.adsabs.harvard.edu/pdf/ 1991LPI….22..607I.

  32. Ipatov S.I. Migration of planetesimals from beyond Mars’ orbit to the Earth // 14th Europlanet Sci. Congress 2020. EPSC2020-71. https://doi.org/10.5194/epsc2020-71

  33. Ipatov S.I. Delivery of water and volatiles to planets in the habitable zone in the Proxima Centauri system // Abstracts of the AASTCS Habitable Worlds 2021 Workshop (22–26 February 2021, a virtual conference). Open Engagement Abstracts, Bull. Am. Astron. Soc. 2021. V. 53. № 3. e-id 2021n3i1126 (5 p.) https://baas.aas.org/pub/2021n3i1126/release/2.

  34. Ipatov S.I. Scattering of planetesimals from the feeding zone of Proxima Centauri c // Thirteenth Moscow Solar System Symp. (13M-S3) (October 10-14, 2022, Moscow, the Space Research Institute). https://doi.org/10.21046/13MS3-2022. 2022

  35. Ipatov S.I. Delivery of icy planetesimals to inner planets in the Proxima Centauri planetary system // Meteoritics and Planet. Sci. 2023. V. 58. P. 752–774. https://doi.org/10.1111/maps.13985

  36. Lambrechts M., Johansen A. Rapid growth of gas-giant cores by pebble accretion // Astron. and Astrophys. 2012. V. 544. id. A32 (13 p.). https://doi.org/10.1051/0004-6361/201219127

  37. Lambrechts M., Johansen A. Forming the cores of giant planets from the radial pebble flux in protoplanetary discs // Astron. and Astrophys. 2014. V. 572. id. A107 (12 p.). https://doi.org/10.1051/0004-6361/201424343.

  38. Levison H.F., Duncan M.J. The long-term dynamical behavior of short-period comets // Icarus. 1994. V. 108. P. 18–36.

  39. Levison H.F., Duncan M.J., Brasser R., Kaufmann D.F. Capture of the Sun’s Oort cloud from stars in its birth cluster // Science. 2010. V. 329. P. 187–190.

  40. Levison H.F., Morbidelli A., Tsiganis K., Nesvorný D., Gomes R. Late orbital instabilities in the outer planets induced by interaction with a self-gravitating planetesimal disk // Astron. J. 2011. V. 142. id 152.

  41. Morbidelli A. Origin and dynamical evolution of comets and their reservoirs // arXiv:astro-ph/0512256. 2005. 86 p.

  42. Morbidelli A. Planet formation by pebble accretion in ringed disks // Astron. and Astrophys. 2020. V. 638. id. A1 (7 p.). https://doi.org/10.1051/0004-6361/202037983

  43. Morbidelli A., Levison H.F., Tsiganis K., Gomes R. Chaotic capture of Jupiter’s Trojan asteroids in the early Solar System // Nature. 2005. V. 435. № 7041. P. 462–465.

  44. Morbidelli A., Brasser R., Gomes R., Levison H.F., Tsiganis K. Evidence from the asteroid belt for a violent past evolution of Jupiter’s orbit // Astron. J. 2010. V. 140. P. 1391–1401.

  45. Morbidelli A., Lambrechts M., Jacobson S., Bitsch B. The great dichotomy of the Solar System: Small terrestrial embryos and massive giant planet cores // Icarus. 2015. V. 258. P. 418–429. https://doi.org/10.1016/j.icarus.2015.06.003

  46. Siraj A., Loeb A. Interstellar objects outnumber Solar System objects in the Oort cloud // Mon. Notic. Roy. Astron. Soc. 2021. V. 507. P. L16–L18.

  47. Schwarz R., Bazso A., Georgakarakos N., Loibnegger B., Maindl T.I., Bancelin D., Pilat-Lohinger E., Kislyakova K.G., Dvorak R., Dobbs-Dixon I. Exocomets in the Proxima Centauri system and their importance for water transport // Mon. Notic. Roy. Astron. Soc. 2018. V. 480. P. 3595–3608. https://doi.org/10.1093/mnras/sty2064

  48. Souami D., Cresson J., Biernacki C., Pierret F. On the local and global properties of the gravitational spheres of influence // Mon. Notic. Roy. Astron. Soc. 2020. V. 496. P. 4287–4297.

  49. Tsiganis K., Gomes R., Morbidelli A., Levison H.F. Origin of the orbital architecture of the giant planets of the Solar System // Nature. 2005. V. 435. № 7041. P. 459–461.

  50. Wahlberg Jansson K., Johansen A. Formation of pebble-pile planetesimals // Astron. and Astrophys. 2014. V. 570. id A47 (11 p.)

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Астрономический вестник

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал