动力学不稳定性塑造的低质量行星自转与倾角分布

拥有多颗低质量行星的系外行星系统被认为经历过动力学不稳定性,在此期间会发生行星间的碰撞与并合;这些碰撞可以向并合残余注入大量角动量,从而显著改变最终行星的倾角。在本工作中,我们开展了一系列$N$体数值实验,以研究经历过行星碰撞的低质量系外行星的自转大小$(|\vec{S}|)$与倾角$(\theta_{\rm SL})$分布。在我们的基准超级地球(质量$m=3M_{\oplus}$,半径$R=1.3R_{\oplus}$)与迷你海王星(质量$m=9M_{\oplus}$,半径$R=2.5R_{\oplus}$)系统中,碰撞产物在$\cos{\theta_{\rm SL}}$上近似服从均匀分布,自转大小分布则近似关于$|\vec{S}|$呈线性。参数研究与理论分析表明,增大行星半径或质量,或减小行星间初始相互倾角,会使倾角分布倾向于排列或反排列(即在$\cos{\theta_{\rm SL}}=\pm1$附近出现概率过剩)。初始为双行星与三行星系统的实验产生定性相似的结果,表明本研究的趋势可能推广到更高行星多重数的系统。