吸积气体巨星及其CPD的氢线剖面
摘要
目前捕获吸积气体巨星的样本远少于已知的成熟气体巨星。极大型望远镜(ELT)仪器将具备更高的灵敏度和更小的内工作角，预计将更高效地搜索并进行详细表征。我们研究了使用首代ELT光谱仪METIS观察吸积气体巨星的可观测性。我们专注于采用分辨率R=1e5可观测的吸积轨迹氢复合线，主要是Brackett α线和Pfund系列线。我们的方案具有普适性，但以PDS 70 b为典型案例。为计算高分辨率线轮廓，我们将对吸积星体及其circumplanetary disc(CPD)的流动进行二维半解析描述，结合局部非平衡冲击发射模型。我们假设无色散的极限情形，适用于gap中气体巨星，且忽略磁极性吸积柱的贡献。我们利用模拟探测灵敏度计算所需的观测时间。planet表面和CPD表面的冲击均贡献于总线轮廓，这种线轮廓为非高斯型，远小于自由落体速度。对于所采用的PDS 70 b的基准吸积率，Br α线峰值等于光谱连续光，主要由水特征调制。然而，星体旋转会使特征展宽，有助于冲击超标显现。以Br α线为例，PDS 70 b的连续光在4小时即可达到SNR=12。峰值超标仅需约15分钟即可达到SNR=3。Br α线是一种可被METIS在短观测时间内实现的强大的行星形成探测器。解析后的线轮廓将对行星质量和半径提供独立约束，帮助识别正在发挥作用的吸积机制。
引用
@article{arxiv.2511.10751,
title = {Hydrogen-line profiles from accreting gas giants and their CPDs},
author = {Gabriel-Dominique Marleau and Thomas Henning and Roy van Boekel and Myriam Benisty and Yuhiko Aoyama and Inga Kamp},
journal= {arXiv preprint arXiv:2511.10751},
year = {2025}
}
备注
Submitted to A&A. Main text: 14 pages, 10 figures. Several appendixes. v2: minor improvements, slightly extended Appendix D on brief ProDiMo modelling. v3: missing words in arXiv abstract corrected, added references. Comments still welcome!