密近巨行星大气逃逸的演化及其相关的 Lyα 与 Hα 凌星预测

在若干密近系外行星中已探测到强烈的大气逃逸。由于这些行星主要由氢构成，在氢线（如 Lyα 和 Hα）处的观测是诊断逃逸的有力手段。本文模拟了密近巨行星大气逃逸的演化，并计算了其相关的 Lyα 与 Hα 凌星。我们采用一维流体动力学逃逸模型计算大气的物理性质，并利用光线追踪技术模拟光谱凌星。我们考虑了围绕类太阳恒星在 0.045 au 处运行的巨行星（0.3 和 1 M_jup），其演化从 10 Myr 到 5000 Myr。我们发现较年轻的巨行星表现出更高的逃逸率，这归因于较高的辐照通量与较弱引力这一有利组合。在其演化过程中，质量较小的行星显示出比质量较大者更高的逃逸率（1e10–1e13 g/s 对比 1e9–1e12 g/s）。我们估计 1 M_jup 行星因逃逸至多损失其初始质量的 1%，而 0.3 M_jup 行星可能损失多达 20%。这支持了海王星荒漠是由低引力行星的显著质量损失所形成的观点。在较年轻的年龄，我们发现凌星中期的 Lyα 线在线心处饱和，而 Hα 展现出的凌星深度至多比其几何凌星超出 3–4%。而在较老的年龄，Lyα 吸收仍然显著（对较低质量行星可能饱和），Hα 吸收几乎消失。这是因为中性氢的延展大气在约 1.2 Gyr 后 predominantly 处于基态。