亚稳态氦系外行星凌星的自洽建模
地球与行星天体物理
2023-10-23 v1
摘要
紧贴恒星的系外行星高层大气中恒星 X 射线和极紫外辐射的吸收可引发流体动力学外流，从而可能导致其原初轻元素包层逐渐流失。近期，亚稳态中性氦原子的额外吸收已成为大气逃逸的一种可行诊断手段。本文提出一个面向一维光致电离流体动力学代码 ATES 的公开模块，旨在计算广泛行星参数范围内的 HeI 三重态透射概率。通过放宽等温外流假设，该代码能够自洽地评估 HeI 三重态吸收深度，以及大气质量损失率和外流温度分布——后者强烈影响 HeII 向 HeI 三重态的复合率。我们研究了凌星信号如何依赖于已知系统参数，包括宿主光谱型、轨道距离以及行星引力。与先前将 K 型星视为有利宿主的研究不同，我们得出结论：具有近宇宙学 He/H 丰度、轨道周期在 ~0.05–0.1 AU 的晚 M 矮星伴海王星尺寸行星，预期会产生最强的凌星信号，远超 30%。更一般地，我们表明调控亚稳态布居与耗尽的物理过程，结合几何效应，可产生某些反直觉结果，例如凌星深度对轨道距离的非单调依赖。这些与恒星 EUV 辐射流强度和大气 He/H 丰度之间的强简并相叠加，而二者均高度不确定。与光谱数据对比，我们的建模表明要么大量目标具有氦耗竭包层，要么输入的恒星 EUV 光谱被系统性高估。
引用
@article{arxiv.2310.13052,
title = {Self-Consistent Modeling of Metastable Helium Exoplanet Transits},
author = {Federico Biassoni and Andrea Caldiroli and Elena Gallo and Francesco Haardt and Riccardo Spinelli and Francesco Borsa},
journal= {arXiv preprint arXiv:2310.13052},
year = {2023}
}
备注
A&A accepted. The ATES code and the Transmission Probability Module (TPM) can be found at https://github.com/AndreaCaldiroli/ATES-Code