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Dynamical evolution of a young planetary system: stellar flybys in co-planar orbital configuration
Astrophysics and Space Science ( IF 1.9 ) Pub Date : 2020-10-01 , DOI: 10.1007/s10509-020-03885-4
Raffaele Stefano Cattolico , Roberto Capuzzo-Dolcetta

Stellar flybys in star clusters may perturb the evolution of young planetary systems in terms of disk truncation, planetary migration and planetary mass accretion. We investigate the feedback of a young planetary system during a single close stellar encounter in a typical open young stellar cluster. We consider 5 masses for the stellar perturbers: 0.5, 0.8, 1, 3 and 8 M$_{Sun}$, in coplanar, prograde and retrograde orbits respect to the planetary disk, varying the pertruber-host star orbital periastron from 100 AU to 500 AU. We have made 3D modelizations with the smooth particle hydrodynamics code GaSPH of a system composed by a solar type star surrounded by a low density disk where a giant planet is embedded in. We focus on the dynamical evolution of global parameters characterizing the disk and the planet, like the Lagrangian radius containing the $63.2\%$ of the mass of the disk, the distance of the planet to its host star, the planet orbital eccentricity and the planetary mass accretion. We find that the most part of the simulated systems show a significant disk truncation after a single close encounter, a final orbital distance of the Jovian, from the central star, lower than the unperturbed case and, finally, the perturbed systems show a final mass accretion of the Jovian planet larger than the non-perturbed case. Therefore, stellar flybys significantly perturb the dynamics of a young planetary system, regardless the orbital configuration of the stellar perturber. In such experiments, the final disk radius and the orbital parameters of the Jovian planet are considerably affected by the stellar close encounter.

中文翻译:

年轻行星系统的动力学演化:共面轨道配置中的恒星飞越

星团中的恒星飞越可能会在盘截断、行星迁移和行星质量吸积方面扰乱年轻行星系统的演化。我们研究了一个年轻行星系统在一个典型的开放年轻星团中一次近距离恒星相遇期间的反馈。我们考虑了 5 个恒星扰动体的质量:0.5、0.8、1、3 和 8 M$_{Sun}$,在相对于行星盘的共面、顺行和逆行轨道中,扰动者-宿主恒星的轨道旁星体从 100 AU 变化到 500 天文单位。我们使用光滑粒子流体动力学代码 GaSPH 对一个系统进行了 3D 建模,该系统由太阳型恒星组成,周围环绕着一个嵌入巨行星的低密度圆盘。我们专注于表征圆盘和行星的全局参数的动力学演化, 像拉格朗日半径,包含盘质量的 $63.2\%$、行星与其主恒星的距离、行星轨道偏心率和行星质量吸积。我们发现大部分模拟系统在一次近距离相遇后显示出明显的圆盘截断,木星到中心恒星的最终轨道距离低于未受扰情况,最后,受扰系统显示最终质量木星行星的吸积大于非扰动情况。因此,无论恒星扰动者的轨道配置如何,恒星飞越都会显着扰乱年轻行星系统的动力学。在这样的实验中,最终的圆盘半径和木星行星的轨道参数受恒星近距离接触的影响很大。行星与其主恒星的距离、行星轨道偏心率和行星质量吸积。我们发现大部分模拟系统在一次近距离相遇后显示出明显的圆盘截断,木星到中心恒星的最终轨道距离低于未受扰情况,最后,受扰系统显示最终质量木星行星的吸积大于非扰动情况。因此,无论恒星扰动者的轨道配置如何,恒星飞越都会显着扰乱年轻行星系统的动力学。在这样的实验中,最终的圆盘半径和木星行星的轨道参数受恒星近距离接触的影响很大。行星与其主恒星的距离、行星轨道偏心率和行星质量吸积。我们发现大部分模拟系统在一次近距离相遇后显示出明显的圆盘截断,木星到中心恒星的最终轨道距离低于未受扰情况,最后,受扰系统显示最终质量木星行星的吸积大于非扰动情况。因此,无论恒星扰动者的轨道配置如何,恒星飞越都会显着扰乱年轻行星系统的动力学。在这样的实验中,最终的圆盘半径和木星行星的轨道参数受恒星近距离接触的影响很大。我们发现大部分模拟系统在一次近距离相遇后显示出明显的圆盘截断,木星到中心恒星的最终轨道距离低于未受扰情况,最后,受扰系统显示最终质量木星行星的吸积大于非扰动情况。因此,无论恒星扰动者的轨道配置如何,恒星飞越都会显着扰乱年轻行星系统的动力学。在这样的实验中,最终的圆盘半径和木星行星的轨道参数受恒星近距离接触的影响很大。我们发现大部分模拟系统在一次近距离相遇后显示出明显的圆盘截断,木星到中心恒星的最终轨道距离低于未受扰情况,最后,受扰系统显示最终质量木星行星的吸积大于非扰动情况。因此,无论恒星扰动者的轨道配置如何,恒星飞越都会显着扰乱年轻行星系统的动力学。在这样的实验中,最终的圆盘半径和木星行星的轨道参数受恒星近距离接触的影响很大。最后,扰动系统显示出木星行星的最终质量吸积大于非扰动情况。因此,无论恒星扰动者的轨道配置如何,恒星飞越都会显着扰乱年轻行星系统的动力学。在这样的实验中,最终的圆盘半径和木星行星的轨道参数受恒星近距离接触的影响很大。最后,扰动系统显示出木星行星的最终质量吸积大于非扰动情况。因此,无论恒星扰动者的轨道配置如何,恒星飞越都会显着扰乱年轻行星系统的动力学。在这样的实验中,最终的圆盘半径和木星行星的轨道参数受恒星近距离接触的影响很大。
更新日期:2020-10-01
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