巨行星抛射与瓦解的后果

在靠近主恒星的轨道上发现木星质量的行星，对行星形成模型提出了挑战。最近的观测显示，其中一些行星绕主恒星运行的轨道高度倾斜，有时甚至为逆行轨道，这引发了对其起源的诸多猜测。已知仅靠迁移无法解释观测到的这些错位热木星族群，这表明气体盘消散后的动力学过程在产生观测到的倾角和偏心率分布中起着重要作用。一个特别有前景的候选机制是行星-行星散射，但在潮汐的非线性区域，这一过程尚未被充分理解。通过多轨道相遇的三维流体动力学模拟，我们表明，被散射到绕主恒星轨道且最近距离小于约三倍潮汐半径的行星，要么被摧毁，要么被完全抛出系统。我们发现，目前已知的热木星中，至少有5颗、至多有18颗的最大初始散射远点位于冰线以内，这意味着这些行星必须在将其带到当前位置的散射事件之前或之后发生过迁移。如果恒星潮汐不重要（$Q_\ast \gtrsim 10^7$），则需要盘迁移来解释这些系统中热木星的存在。此外，我们发现，木星质量行星的瓦解和/或抛射会将相当于一个太阳的角动量沉积到主恒星上。对于行星-行星散射普遍存在的系统，我们预测行星宿主恒星相对于不变平面的倾角大于90度的概率高达35%。