STUDY OF THE MIGRATION OF EARTH-LIKE PLANETS IN PLANETESIMAL DISKS AND THE FORMATION OF DEBRIS DISKS

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The aim of this study is to investigate the interaction of Earth-mass planets with a disk of planetesimals. It is shown that an Earth-like planet, initially located near the inner boundary of the planetesimal disk, migrates inside the disk. The magnitude of penetration of the planet into the disk is a random value determined by the angular momentum distribution of planetesimals approaching the planet. However, at a certain stage, the direction of the planet's migration always changes, and the planet returns to the inner boundary of the disk. During such reversible migration, the planet perturbs the orbits of planetesimals and increases their relative velocities in the region of the disk where it was during its migration. The relative velocities of planetesimals increase to values sufficient for their fragmentation during collisions. Our estimates show that after the passage of an Earth-mass planet through the outer planetesimal disk, the average relative velocities in the main part of the disk increase to values sufficient for the fragmentation of monolithic basaltic planetesimals ~40 km in size. Thus, the interaction of even a small planet (of the order of Earth's mass) with a planetesimal disk can lead to the formation of dust particles observed in outer debris disks.

About the authors

O. S Oleynik

Institute of Astronomy of the RAS

Email: olgaoleynik93@gmail.com
Moscow, Russia

V. V Emel'yanenko

Institute of Astronomy of the RAS

Moscow, Russia

References

  1. P.C. Cao, Q. Liu, N.H. Liao, Q.C. Yang, and D. Huang, Res. Astron. and Astrophys. 23(8), id. 085002 (2023).
  2. T.D. Pearce, R. Launhardt, R. Ostermann, G.M. Kennedy, et al., Astron. and Astrophys. 659, id. A135 (2022).
  3. A. Boccaletti, Comptes Rendus. Physique, Exoplanets 24(S2), 151 (2023).
  4. A.J. Mustill and M.C. Wyatt, Monthly Not. Roy. Astron. Soc. 399(3), 1403 (2009).
  5. D.E. Backman and F. Paresce Protostars and planets III (Tucson, Arizona: University of Arizona Press, 1993).
  6. A. Moro-Martin, R. Malhotra, and S. Wolf, in Signatures of Planets in Debris Disks (eds H. Krueger, A. Graps, ESA SP-643 113, 2007).
  7. A.V. Krivov and M.C. Wyatt, Monthly Not. Roy. Astron. Soc. 500(1), 718 (2021).
  8. J. B. Lovell, M. C. Wyatt, P. Kalas, G. M. Kennedy, et al., Monthly Not. Roy. Astron. Soc. 517(2), 2546 (2022).
  9. J.-F. Lestrade, B.C. Matthews, G.M. Kennedy, B. Sibthorpe, et al., Astron. and Astrophys. 694, id. A123 (2025).
  10. A.V. Krivov, Res. Astron. and Astrophys. 10(5), 383 (2010).
  11. A. Gaspar, S.G. Wolff, G.H. Rieke, J.M. Leisenring, et al., Nature Astronomy 7(7), 790 (2023).
  12. R.L. Akeson, D.R. Ciardi, R. Millan-Gabet, A. Merand, et al., The Astrophys. J. 691(2), 1896 (2009).
  13. M.C. Wyatt, Handbook of Exoplanets (Springer International Publishing AG, part of Springer Nature, id. 146, 2018).
  14. D. Mesa, S. Marino, M. Bonavita, C. Lazzoni, et al., Monthly Not. Roy. Astron. Soc. 503(1), 1276 (2021).
  15. B. Sibthorpe, G.M. Kennedy, M.C. Wyatt, J.F. Lestrade, J.S. Greaves, B.C. Matthews, and G. Duchene, Monthly Not. Roy. Astron. Soc. 475(3), 3046 (2018).
  16. S.J. Kenyon and B.C. Bromley, Astron. J. 121(1), 538 (2001).
  17. S.J. Kenyon and B.C. Bromley, Astrophys. J. Suppl. 179(2), 451 (2008).
  18. S.J. Kenyon and B.C. Bromley, Astrophys. J. Suppl. 188(1), 242 (2010).
  19. G.M. Kennedy and M.C. Wyatt, Monthly Not. Roy. Astron. Soc. 405(2), 1253 (2010).
  20. A.V. Krivov and M. Booth, Monthly Not. Roy. Astron. Soc. 479(3), 3300 (2018).
  21. T. Costa, T.D. Pearce, and A.V. Krivov, Monthly Not. Roy. Astron. Soc. 527(3), 7317 (2024).
  22. J.R. Najita, S.J. Kenyon and B.C. Bromley, Astrophys. J. 925(1), 45 (2022).
  23. A.A. Sefilian, Astrophys. J. 966(1), id. 140, 10 (2024).
  24. V.S. Safronov, Sov. Astron. 9, 987 (1966).
  25. G.V. Wetherill, Icarus 100(2), 307 (1992).
  26. J.-M. Petit, A. Morbidelli, and G. Valsecchi, Icarus 141(2), 367 (1999).
  27. J.A. Fernández and W.-H. Ip, Planet. Space Sci. 44(5), 431 (1996).
  28. B. Gladman, M. Holman, T. Grav, J. Kavelaars, et al., Icarus 157(2), 269 (2002).
  29. V.I. Ananyeva, A.E. Ivanova, I.A. Shashkova, O.Ya. Yakovlev, et al., Astron. Rep. 66, 886 (2022).
  30. A. Morbidelli, R. Brasser, K. Tsiganis, R. Gomes, et al., Astron. and Astrophys. 507(2), 1041 (2009).
  31. D. Nesvorny and A.D. Morbidelli, Astron. J. 144(4), id. 117, 20 (2012).
  32. N.A. Kaib and S.S. Sheppard, Astron. J. 152(5), id. 133 (2016).
  33. P. Griveaud, A. Crida, A.C. Petit, E. Lega, and A. Morbidelli, Astron. and Astrophys. 688, id. A202 (2024).
  34. A. Crida, Rev. Mod. Astron. 21, 21, 5 (2009).
  35. R.S. Gomes, A. Morbidelli, and H.F. Levison, Icarus 170(2), 492 (2004).
  36. V.V. Emel'yanenko, Celestial Mechanics and Dynamical Astronomy 98, 191 (2007).
  37. V.V. Emel'yanenko, Solar System Research 44(4), 281 (2010).
  38. M.C. Wyatt and W.R.F. Dent, Monthly Not. Roy. Astron. Soc. 334, 589 (2002).
  39. A. Krivov, M. Sremčević, and F. Spahn, Icarus 174, 105 (2005).
  40. Ch. Schuppler, T. Lohne, A.V. Krivov, S. Ertel et al., Astron. and Astrophys. 581, A97 (2015).
  41. R. Greenberg, J.F. Wacker, W.K. Hartmann, and C.R. Chapman, Icarus 35, 1 (1978).
  42. J.J. Lissauer and G.R. Stewart Protostars and Planets III (Tucson, Arizona: University of Arizona Press, 1993).
  43. M.C. Wyatt, R. Smith, J.S. Greaves, C.A. Beichman, et al., Astrophys. J. 658(1), 569 (2007).
  44. H.F. Levison, A. Morbidelli, R. Gomes, and D. Backman Protostars and Planets V (Tucson, Arizona: University of Arizona Press, 2007).
  45. R. Malhotra, Astron. J. 110, 420 (1995).
  46. J.M. Hahn and R. Malhotra, Astron. J. 117(6), 3041 (1999).
  47. R.A. Murray-Clay and E.I. Chiang, Astrophys. J. 651(2), 1194 (2006).
  48. D.R. Kirsh, M. Duncan, R. Brasser, and H.F. Levison, Icarus 199(1), 197 (2009).
  49. W. Benz and E. Asphaug, Icarus 142(1), 5 (1999).
  50. S. Ida, G. Bryden, D.N.C. Lin, and H. Tanaka, Astrophys. J. 534(1), 428 (2000).

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».