多行星系统中超短周期行星的低偏心率迁移

近期研究表明，超短周期行星（USPs，即周期小于一天的地球大小行星）构成了{\it Kepler}行星中一个统计上不同的子样本：与典型的{\it Kepler}行星相比，USPs具有更小的半径（$1-1.4R_\oplus$）以及与邻近行星更大的互倾角，且其周期分布比长周期行星更陡。我们研究了一种形成USPs的“低偏心率”迁移情景：一颗初始周期为数天的低质量行星因外部伴行星的久期强迫而保持微小但有限的偏心率，并因潮汐耗散经历轨道衰减。该情景下的USP形成要求初始多行星系统具有适度的偏心率（$\gtrsim 0.1$）或角动量亏损。在最内侧行星轨道衰减期间，系统会遭遇若干拱线和节点进动共振，显著增强偏心率激发并增大内侧行星间的互倾角。我们基于偏心率和倾角本征模开发了一种近似方法，以在存在快速（短至约100年）的行星间久期相互作用及其他短程力的情况下，高效演化大量多行星系统达Gyr（十亿年）时标。通过种群合成计算，我们证明“低-$e$迁移”机制可在多种条件下、几乎无需参数微调地从庞大的{\it Kepler}多行星系统自然产生USPs。该机制偏好更小的内侧行星与质量更大且偏心率更高的伴行星，所产生的USPs性质与观测一致。