通过CO发射线探测原行星盘中的巨行星

本文旨在提供一种间接方法，通过研究来自T Tauri星周围原行星盘的近红外发射光谱来探测类木行星。我们的想法是研究一颗大质量行星是否会对盘大气中产生的谱线引起任何可观测效应。我们提出以CO作为示踪分子，它在盘大气中距离恒星约2-3 AU（取决于恒星质量）的区域内被激发到振转基带，该区域被认为是类地行星形成的地方。合成分子谱线轮廓是通过我们自主开发的半解析双层盘模型计算的。在合成谱线的计算中纳入了二维气体动力学。我们证明，嵌入在原行星盘中的大质量行星会强烈影响原本呈开普勒圆轨道的气体动力学。通过比较含行星盘模型与无行星盘模型发射的CO谱线轮廓，可以探测到气体的受扰运动。行星信号有两个主要特征：永久的谱线轮廓不对称性，以及与巨行星轨道相位相关的短时标变化。我们发现，不对称性的强度取决于恒星-行星-盘系统的物理参数，例如盘倾角、行星和恒星质量、轨道距离以及盘内腔的大小。永久的谱线轮廓不对称性是由巨行星在盘中打开间隙后盘进入偏心状态引起的。然而，变化的分量是轨道巨行星引起的局部动力学扰动的结果。我们表明，一颗仍在形成中、嵌入原行星盘的巨行星，可以利用当代或未来的高分辨率近红外光谱仪（如VLT/CRIRES和ELT/METIS）进行探测。