Orbital stability of compact three-planet systems – II: post-instability impact behaviour

Abstract

Las recientes misiones espaciales de observación han descubierto un número significante de sistemas multi-exoplanetarios compactos. El reducido espaciado orbital de estos sistemas ha promovido recientemente un creciente esfuerzo en tratar de comprender su características de estabilidad; sin embargo, una limitación clave en la mayoría de estos estudios ha sido la terminación de las simulaciones en el momento en el que las órbitas de dos de los planetas se intersectaban mutuamente.

En este trabajo se explora la estabilidad de sistemas planetarios compactos formados por tres planetas, y se continúa con las simulaciones hasta el momento exacto de detectarse la primera colisión entre planetas, para obtener una mejor comprensión del tiempo de vida de estos sistemas planetarios.

Realizamos más de 25.000 integraciones de una estrella similar al Sol orbitada por 3 secundarios similares a la Tierra for hasta un máximo de un mil millones de órbitas, para explorar así con la necesaria amplitud el espacio paramétrico de las condiciones iniciales, tanto en el caso coplanario como para órbitas inclinadas, con especial énfasis en el espaciado inicial entre las órbitas de los planetas. Se calcula la probabilidad de colisión como función del tiempo, y se determina también la probabilidad de colisión entre pares específicos de planetas.

Como resultado del estudio se obtienen sistemas que persisten por hasta más de 108 revoluciones tras la intersección orbital, y se muestra cómo el tiempo de supervivencia tras la inestabilidad de estos sistemas planetarios depende de su separación orbital inicial, su inclinación mutua, el radio planetario, y del encuentro próximo más cercano experimentado por los planetas. Adicionalmente, se examinan los efectos de pequeños cambios en la posición inicial de los planetas sobre el tiempo transcurrido hasta la colisión, y se muestra el efecto que puede tener la elección del integrador numérico en los resultados de la simulación. Finalmente, se extienden los resultados para sistemas con el planeta interior ubicado a 1 y 0.25 unidad astronómicas.