低质量Kepler行星的潮汐演化研究.PDFVIP

第卷第期 天 文 学 报 年月 低质量行星的潮汐演化研究 董 瑶12 季江徽12 王 素12 中国科学院紫金山天文台南京 中国科学院行星科学重点实验室南京 摘要 空间计划发现了大量半径小于 为地球半径的近轨道行星 成 为探测的特色之一 它们对当前的行星形成模型提出了新的挑战 行星与其中心恒 星之间的潮汐效应对重塑这类行星的轨道构型具有重要影响 基于各种初始的轨道分布 数值模拟了近轨道、低质量行星的潮汐演化 定性地给出了行星最后的轨道分布特征 轨 道半长轴和峰值均随着初始的半长轴和偏心率增大而变大 对于初始的平均半长轴在 以内 平均偏心率大于时 数值模拟结果与观测比较接近 潮汐耗散系数、恒星和 行星的质量等相关参数对潮汐演化后的半长轴分布影响都比较小 基于数值模拟结果 尝 试了揭示低质量行星的形成机制 它们很可能形成于原行星盘的较远处 具有中等的轨道 偏心率 后来在原行星盘中经历了类迁移到达目前的轨道 但是这不能排除行星的当地形 成机制 关键词 天体力学 潮汐理论 行星系统 形成 方法 数值 中图分类号 文献标识码 引言 到目前为止, 美国国家航空航天局(NASA)执行的Kepler空间计划已释放4700多颗 [1−2] 行星候选体数据(), 大多数行星候选体为真实行星 . 因此, 在 本文中我们也称行星候选体为行星. 大约有3000颗Kepler行星分布于单行星系统中, 其 中约58%的低质量行星(例如, 质量从类地行星到亚海王星)位于0.1 au 以内. 它们的轨道 周期约为30 d, 轨道半长轴的峰值分布在0.05 au附近. 观测表明: 低质量行星在Kepler发 [3−7] 现的系外行星系统中是非常普遍的 . 但是, 行星形成理论却预言这些轨道周期低 [8] 于50 d、质量为5–30 ⊕ 的行星很难形成 . 因此, 研究这类行星的动力学演化对探索 行星形成理论具有重要意义. 人们对这类低质量的行星系统已开展了很多研究工作, 主要包括亚海王星质量行 [9] [10−11] [712−13] 星的成分分布 、行星质量与半径关系拟合 、行星形成机制 、行星轨道 收到原稿 收到修改稿 国家自然科学基金项目、、、、江苏省自然科学基金项 目、、紫金山天文台小行星基金会资助 卷 天 文 学 报 期 [514] 特征 等. 有趣的是: 这些工作都与行星的形成机制密切相关, 它们从不同方面讨论 了热超级地球(hot super-earth)类系外行星的形成历史. 尤其是对行星出现率(planet [814] occurrence) 的研究, 预言了行星出现率随着行星质量的减小而增大 . 从这种意义上