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系外行星宿主恒星潮汐耗散的经验约束

地球与行星天体物理 2025-01-17 v1 太阳与恒星天体物理

摘要

短期系外行星的轨道受潮汐耗散的塑造。然而,这些潮汐相互作用的机制及其效率尚未得到良好约束。我们通过一种新型经验方法,对短期系外行星宿主星的潮汐质量因子(tidal quality factors)提供了稳健的约束。该方法基于分析潮汐衰减时间分布中结构的研究,潮汐衰减时间定义为行星因星体潮汐而螺入其宿主星所剩余的时间。利用简单的人造行星 population 模拟和解析理论,我们展示了存在一种稳态 portions 的衰减时间分布呈近似幂律形式。该稳态特征在观测到的短期行星 population 的衰减时间分布中清晰可见。我们利用这一点来约束星体潮汐质量因子的大小及其频率依赖性,表明其必须随行星轨道周期急剧下降。具体而言,以 Q=Q0(P/2 days)αQ_{\star}' = Q_0 (P/2 \ \mathrm{days})^{\alpha} 为形式,我们找到 105.5Q010710^{5.5} \lesssim Q_0 \lesssim 10^74.33α2-4.33 \lesssim \alpha \lesssim -2。我们的结果最符合潮汐共振锁定(tidal resonance locking)的预测,在这种情况下,行星被锁定在其宿主星中潮汐激发的重力模式的共振中。

关键词

引用

@article{arxiv.2501.08992,
  title  = {Empirical Constraints on Tidal Dissipation in Exoplanet Host Stars},
  author = {Sarah C. Millholland and Morgan MacLeod and Felicia Xiao},
  journal= {arXiv preprint arXiv:2501.08992},
  year   = {2025}
}

备注

Accepted to ApJ. Code associated with this paper can be found at https://github.com/smillholland/Hot_Jupiter_Tides