Estudo da evolução dinâmica do sistema planetário HR8799 via simulações hidrodinâmicas - Camporez, Evandro Luiz de Lima (2021)
Entre mais de 3300 sistemas planetários conhecidos, o sistema HR8799 é um dos mais interessantes sistemas de planetas gigantes pois, nele contém pelo menos quatro planetas gigantes gasosos, com massas superiores à de Júpiter. Esses quatro planetas foram detectados através da técnica de imageamento direto. Estimativas sugerem que o planeta mais próximo da estrela descreve uma órbita com distância média de cerca de 16 unidades astronômicas. A órbita estimada do planeta mais externo sugere que ele se encontre a pelo menos 60 unidades astronômicas do corpo central. A grande distância orbital desses planetas até a estrela é difícil de entender. Planetas gigantes gasosos como esses devem se formar cedo, durante os primeiros milhões de anos de vida da estrela, fase na qual a estrela possui um disco gasoso circunstelar. Apenas durante essa fase esses planetas podem adquirir seus massivos envelopes de gás. Entretanto, planetas crescendo em um disco de gás interagem gravitacionalmente com esse disco. Essa interação gera troca de momento angular o qual geralmente leva o planeta a migrar em direção à estrela. Esse estudo é motivado pela seguinte questão: como os planetas do sistema HR8799 permaneceram tão longe da estrela? A principal fonte de inspiração para o modelo de formação que nós utilizamos foi a hipótese do Grand tack, que sugere a reversão na migração dos planetas gigantes gasosos do sistema solar para explicar sua estrutura atual. Nós exploramos esta ideia e testamos se um mecanismo parecido poderia fazer com que os planetas do sistema HR8799 pudessem, de alguma forma, terem se formado mais próximo de sua estrela e posteriormente migrado para suas posições atuais. Nós estudamos a evolução e estabilidade dinâmica do sistema planetário HR8799 durante a fase do disco de gás. Nosso estudo é realizado através de simulações numéricas hidrodinâmicas realizadas através do código FARGO3D. Devido às incertezas nas massas e órbitas dos planetas do sistema HR8799 nós testamos uma variedade de configurações orbitais e massas, em mais de 140 simulações numéricas. No início das nossas simulações, nós assumimos que os planetas estão completamente formados no disco. Nossos resultados mostram que a dinâmica de sistemas do tipo HR8799 é bastante complexa. A maioria das nossas simulações apresentaram instabilidade dinâmica entre os planetas durante a fase do disco de gás, resultando na ejeção de um ou mais planetas do sistema. Apenas 15% dos nossos sistemas permaneceram estáveis durante nosso tempo de integração. Entretanto, mesmo nesses casos, os planetas migraram para região interna do disco, fazendo esses sistemas inconsistentes com o sistema HR8799. Nenhuma de nossas simulações produziu um sistema verdadeiramente análogo ao sistema HR8799. A alta taxa de instabilidade dinâmica em nossas simulações e a dificuldade em se evitar a migração desses planetas para as regiões próximas à estrela sugerem que sistemas planetários similares ao HR8799 sejam raros.