具有外部扰动体的多行星系统的偏心率与轨道倾角

常见于太阳型恒星周围的、包含超级地球或亚海王星的致密多行星系统，可能被外部巨行星或恒星伴星所环绕，这些伴星可塑造内系统的架构与可观测性。我们针对受一个偏心的、未对齐的外部扰动体引力影响的内行星系统的演化进行了全面研究。作为扰动体质量 $m_p$、半长轴 $a_p$ 和倾角 $\theta_p$ 的函数，我们推导了“2 行星 + 扰动体”系统的内行星偏心率（$e_i$）与互倾角（$\theta_{12}$）的解析结果，并用数值长期与 N 体积分进行了校准。我们发现内系统的动力学由无量纲参数 $\epsilon_{12}$ 决定，该参数由扰动体驱动的差动进动率与内行星相互进动率之比给出。松散排布的系统（对应 $\epsilon_{12} \gg 1$）比紧密排布的内系统（具有 $\epsilon_{12} \ll 1$）（或单行星系统）更容易受到扰动体对偏心率/倾角的激发，尽管在 $\epsilon_{12}\sim 1$ 附近可能发生共振，导致大的 $e_i$ 与 $\theta_{12}$。动力学不稳定可能出现在具有大激发偏心率与互倾角的内行星系统中。我们给出了将解析结果推广到具有 $N>2$ 颗行星的一般内系统的形式体系，并将结果应用于约束 Kepler-11 系统可能的外部伴星。外部伴星对偏心率与倾角的激发有助于解释观测趋势：具有较少凌星行星的系统比具有较多凌星行星的系统动力学上更热。