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演化巨星对巨行星的吞没:光变曲线、星震学与可存活性

地球与行星天体物理 2023-06-28 v2 太阳与恒星天体物理

摘要

约百分之十的类太阳(11-2M2 M_\odot)恒星会在红巨星支(RGB)或渐近巨星支(AGB)演化阶段膨胀时吞没一颗 11-10MJ10 M_{\rm J} 的行星。一旦被吞没,这些行星在恒星对流包层中经历强阻力并螺旋内落,释放能量与角动量。对于这些质量比,内落耗时 10\sim 10-10210^{2} 年(102\sim 10^{2}-10310^{3} 个轨道);行星在约 RR_\odot 半径处发生潮汐瓦解。我们使用 Modules for Experiments in Stellar Astrophysics(MESA)软件工具追踪恒星对能量沉积的响应,同时演化行星轨道。对于 RGB 恒星以及拥有 Mp5MJM_{\rm p} \lesssim 5 M_{\rm J} 行星的 AGB 恒星,恒星作准静态响应,但仍会在数年时标上发生可测量的增亮。此外,星震学指标(如频率间距或转动分裂)在吞没前后存在差异。对于 AGB 恒星,吞没 Mp5MJM_{\rm p} \gtrsim 5 M_{\rm J} 的行星会驱动包层超音速膨胀,引发类似“亮红新星”的明亮、偏红、含尘爆发。基于这些事件的峰值光度、颜色、持续时间与预期发生率,我们认为 AGB 上的吞没事件可能构成银河系中低光度红新星的可观部分。我们未发现有包层在行星潮汐瓦解前被抛射的条件,这为将白矮星周围短周期巨行星解释为公共包层演化的幸存者带来了困难。

关键词

引用

@article{arxiv.2304.09882,
  title  = {Giant planet engulfment by evolved giant stars: light curves, asteroseismology, and survivability},
  author = {Christopher E. O'Connor and Lars Bildsten and Matteo Cantiello and Dong Lai},
  journal= {arXiv preprint arXiv:2304.09882},
  year   = {2023}
}

备注

24 pages, 11 figures, 1 table. Accepted to ApJ