开普勒-30 行星系统的架构与形成

我们研究了开普勒-30 行星系统的轨道架构、行星物理特性、形成及长期演化，该系统由开普勒团队于 2012 年探测并宣布发现。我们表明开普勒-30 系统属于一类特殊的极其紧凑且准共振、但长期稳定的行星系统。我们重新分析了宿主恒星跨越开普勒任务 Q1-Q17 季度的光变曲线。一颗位于两颗海王星类伴星之间的大质量木星型行星引起了超过 2 天的巨大凌日时间变化 (TTV) 变异。最内侧的一对行星接近 2:1 平均运动共振 (MMR)，而最外侧的一对则接近高阶 MMR，如 17:7 和 7:3。我们对测光数据的重新分析使我们能够比以往更好地约束轨道要素、行星半径和质量，开普勒-30b、开普勒-30c 和开普勒-30d 的质量分别为 $9.2 \pm 0.1$、$536 \pm 5$ 和 $23.7 \pm 1.3$ 地球质量。内侧行星的质量确定精度在 $\sim 1\%$ 不确定度以内。我们推断了开普勒-30 行星的内部结构及其体积密度，范围很广：开普勒-30d 为 $(0.19 \pm 0.01)$ g$\cdot$cm$^{-3}$，开普勒-30b 为 $(0.96\pm0.15)$ g$\cdot$cm$^{-3}$，木星型行星开普勒-30c 为 $(1.71 \pm 0.13)$ g$\cdot$cm$^{-3}$。我们尝试通过行星迁移情景解释这一独特行星系统的起源及其轨道偏离精确 MMR 的原因。我们预期木星类行星在决定该系统当前动力学状态方面发挥了重要作用。