潮汐加热足以解释膨胀的系外行星吗？考虑有限初始偏心率的自洽计算

在本文中，我们展示了短周期系外行星的潮汐演化与引力热演化的自洽演化。与之前类似的研究相反，我们的计算基于Hut模型的完整潮汐演化方程，该方程对偏心率的任意阶、倾角和自转均有效。我们通过解析和数值方法证明，除非系统形成时轨道接近圆形（e<0.2），否则必须自洽地求解完整的潮汐方程才能得到正确的潮汐演化历史。我们表明，基于截断至偏心率的二阶的潮汐模型的计算（如所有先前研究所做的那样）会导致错误的潮汐演化。因此，所有这些计算中潮汐能量耗散率被严重低估，且各种轨道参数演化的特征时间尺度可能相差多达三个数量级。基于这些完整、自洽的计算，我们重新审视了潮汐加热假说在解释凌星巨行星异常大半径方面的可行性。我们表明，尽管潮汐耗散确实为行星的热量收支提供了可观的贡献，并且可以解释一些适度膨胀的热木星，但该机制本身无法解释最膨胀天体的性质，包括HD 209458b。事实上，求解完整的潮汐方程表明，增强的潮汐耗散以及由此产生的轨道圆化在行星演化过程中发生得过早，以至于无法在当前时期提供足够的额外能量。在这种情况下，必须援引其他机制，例如恒星辐射诱导的表面风在行星潮汐隆起中的耗散，或行星内部低效的对流，与潮汐耗散一起，来拼凑出异常大的系外行星谜题的所有碎片。