Empirische Stabilitätskriterien für 3D-hierarchische Dreifachsysteme I: Zirkumbinäre Planeten

In dieser Arbeit befassen wir uns erneut mit dem Problem der dynamischen Stabilität hierarchischer Dreifachsysteme mit Anwendungen auf zirkumbinäre Planetenbahnen. Wir führen mehr als 3 × 10⁸ numerische Simulationen von Planeten zwischen der Größe des Merkur und der unteren Fusionsgrenze (13 Jupiter-Massen) durch, die über lange Zeiträume um den Schwerpunkt eines stellaren Binärsystems kreisen. Zum ersten Mal werden dreidimensionale und exzentrische Planetenbahnen berücksichtigt. Wir untersuchen Systeme mit einer Vielzahl von Binär- und Planeten-Massenverhältnissen sowie Exzentrizitäten von Binären und Planeten von 0 bis 0,9 und orbitalen gegenseitigen Inklinationen von 0 bis 180 Grad. Die Simulationszeit ist auf 10⁶ Planetenorbitalperioden eingestellt. Wir klassifizieren die Ergebnisse dieser langfristigen numerischen Integrationen in drei Kategorien: stabil, instabil und gemischt. Wir bieten empirische Ausdrücke in Form von multidimensionalen, parametrierten Anpassungen für die beiden Grenzen, die die drei dynamischen Bereiche trennen. Darüber hinaus trainieren wir ein maschinelles Lernmodell auf unserem Datensatz, um ein alternatives Werkzeug zur Vorhersage der Stabilität zirkumbinarer Planeten zu haben. Sowohl die empirischen Anpassungen als auch das maschinelle Lernmodell werden an zufällig generierten zirkumbinären Systemen getestet, mit sehr guten Ergebnissen hinsichtlich der Vorhersagen zur orbitalen Stabilität. Die empirischen Formeln werden auch auf die Kepler- und TESS-zirkumbinären Systeme angewendet, was die Stabilität der Planeten in diesen Systemen bestätigt. Schließlich präsentieren wir eine REST-API mit einer webbasierten Anwendung für den bequemen Zugriff auf unseren Simulationsdatensatz.