通过卵石吸积与迁移构建伽利略卫星系统:一个原初共振链
地球与行星天体物理
2021-04-09 v1 太阳与恒星天体物理
摘要
伽利略卫星——即 Io、Europa、Ganymede 和 Callisto——的起源尚未完全明了。本文使用 N 体数值模拟研究木星周围气态环行星盘中伽利略卫星的形成。我们的模型包含卵石吸积、气体驱动迁移以及气体潮汐阻尼和拖曳的效应。模拟中的卫星星子首先通过卵石吸积生长,并开始向内迁移。当它们到达盘内边缘的陷阱时,发生散射事件和碰撞,促进进一步生长。生长中的卫星最终达到锚定在盘内边缘的多重共振构型。我们对伽利略卫星质量的最佳匹配产生于累积卵石通量为 1e-3 MJ 的模拟中。这些模拟通常产生 3 到 5 颗卫星。在我们最佳的类似系统中,相邻的卫星对全部锁定在 2:1 平运动共振中。然而,它们也具有中等偏心率的轨道(0.1),不同于当前真实的卫星。我们提出伽利略卫星系统是一个原初共振链,类似于 TRAPPIST-1、Kepler-223 和 TOI-178 等系外行星系统。Callisto 过去可能与 Ganymede 处于共振中,但经由潮汐行星-卫星相互作用的发散迁移离开了该构型——而未打破拉普拉斯共振。这些相同的效应进一步将这些卫星的轨道偏心率阻尼至当前值(0.001)。我们的结果支持以下假设:Io 和 Europa 诞生时具有富水冰成分,之后失去了全部或大部分水。对伽利略卫星原初成分的更严格约束对于区分形成模型至关重要。
引用
@article{arxiv.2104.02664,
title = {Building the Galilean moons system via pebble accretion and migration: A primordial resonant chain},
author = {Gustavo Madeira and André Izidoro and Silvia M. Giuliatti Winter},
journal= {arXiv preprint arXiv:2104.02664},
year = {2021}
}
备注
19 pages, 14 figures