Gliese 581 系外行星系统的动力学稳定性

我们使用数值方法研究了 Gliese 581 系外行星系统的动力学稳定性。该系统已知拥有四颗行星 (b-e)。在对径向速度 (RV) 测量的最新分析之后，关于恒星液态水宜居带中是否存在另一颗行星 (g) 仍存在争议。我们积分了 Vogt 等人 (AN 333, 561-575, 2012) 的 4 行星和 5 行星模型，初始轨道为圆形。为了表征稳定性，使用了行星在积分时间内达到的最大偏心率，并利用 LCI 和 RLI 来识别混沌运动。由于 RV 拟合中的圆形轨道似乎限制过强，且真实轨道可能是椭圆的，我们研究了行星稳定性与其偏心率的关系。对圆形 4 行星模型的积分表明，即使在倾角 $i = 5{\deg}$ 的情况下，它在更长的时间尺度上也是稳定的。在 4 行星模型中，第五个行星体可能在两颗超级地球大小的行星 c 和 d 之间以及行星 d 的轨道之外拥有稳定轨道，尽管另一颗行星在恒星宜居带内可能仅在圆形或近圆形轨道上稳定。5 行星模型中的 Gliese 581 g 将拥有动力学稳定的轨道，即使对于更宽的轨道参数范围也是如此，但其稳定性强烈依赖于行星 d 的偏心率。低质量行星 e 在偏心率模型中迅速变得不稳定，但在圆形 4 行星模型中保持稳定，不过其初始半长轴和偏心率周围的稳定区域相当小。内行星 e 和 c 的稳定性依赖于海王星大小的行星 b 的偏心率。最外层的行星 d 距离相邻的行星 c 很远，不足以显著影响其稳定性，然而，两颗超级地球行星 c 和 d 之间存在行星这一事实限制了其偏心率。