双星系统中的热木星

视向速度巡天发现,约 1% 的类太阳恒星周围存在半长轴 a 小于 0.1 AU 的木星质量行星;若计入半长轴 a 达到 5 AU 的行星,则拥有行星的恒星比例可达约 10% {Marcy,Butler}。对半长轴分布的考察显示,在轨道周期约为 3 至 4 天(对应 a~0.03 AU)处存在明显的行星过剩,并在更短周期处出现陡峭的截断(见图 1)。人们相信木星质量行星在距其母星较远处形成,其中一部分随后向内迁移,从而形成短周期天体。我们认为,相当比例的“热木星”(a<0.1 AU)可能产生于双星系统中,其中双星轨道与行星轨道高度倾斜。两条轨道之间的相互转矩会使行星与其宿主恒星之间的最小距离(近星距 r_p)减小(Kozai 机制)。当行星上的潮汐摩擦使轨道圆化的速度快于 Kozai 转矩激发它的速度时,这种近星距坍缩便停止。同样的潮汐摩擦随后使行星轨道圆化,从而产生热木星,其半长轴分布的峰值位于约 3 天处。对于观测到的双星间距、偏心率和质量比的分布,初始半长轴 a_p ~ 5 au 的行星中约有 2.5% 会向内迁移至其母星 0.1 au 以内。Kozai 迁移可以解释观测到的热木星的 10% 或更多。