嵌入原行星盘中的偏心率和倾斜原行星演化

嵌入其原行星盘中的年轻行星通过引力与其相互作用，导致能量和角动量交换，这种相互作用决定了行星通过改变轨道参数来演化。我们研究了质量为 20 地球质量的行星因盘中的扭矩而产生的轨道元素变化。我们关注初始偏心率 e 和/或倾角 i 为非零的情况下的非线性演化。我们将盘视为二维或三维粘性流体，进行包含嵌入行星的水动力模拟。我们发现对于小初始 e 和 i 值，行星轨道偏心率和倾角会快速呈指数衰减，与线性理论一致。对于较大的 e > 0.1，衰减时间增加，衰减速率按比例 e^{-2} 递减，与现有的理论模型一致。对于较大的倾角（i > 6 度），倾角衰减速率显示相同的标度 di/dt ∝ i^{-2}。我们发现迁移率对偏心率有趣的依赖性。在一个 H/r=0.05 的盘中，对于小非零偏心率（e < 0.1），迁移率被增强；而对于较大的偏心率，我们看到迁移率降低约 4 倍。我们发现大 e 下迁移不会逆转 although 当 e ≈ 0.3 时，行星所受的扭矩为正。这种向内迁移是由行星持续能量损失造成的。对于不形成凹槽的行星，偏心率和倾角的阻尼时间尺度远短于迁移时间尺度。非线性水动力模拟结果在小 e 和 i 时与线性理论非常好地一致。