亚海王星因潮汐作用引发的半径膨胀

近期研究表明，许多短周期超级地球与亚海王星行星可能具有显著的自转轴倾角（“obliquities”）。当行星锁定于高倾角状态时，潮汐耗散率可增大约数个量级。这种行星内部增强的热沉积应产生显著的结构后果，包括大气膨胀导致更大的凌星半径。利用来自 Gaia Data Release 2 的最新半径估计，我们展示了位于一阶平运动共振外侧的行星平均半径约大 50% 的证据，该行星族群在理论上常出现高倾角。我们探究这一半径趋势是否可能为倾角潮汐的表征。借助对 Modules for Experiments in Stellar Astrophysics (MESA) 恒星演化工具包的改造，我们模拟了亚海王星质量行星大气对来自倾角潮汐的额外内部热量的演化响应。模型预测的半径膨胀程度对于潮汐光度 ≳ 10^{-5} 入射恒星功率时为约 10%–100%；该膨胀程度与观测大体一致，并可近似由幂律关系描述。我们给出了若干极低密度“超级蓬松（super-puff）”行星——Kepler-79 d、Kepler-31 c 与 Kepler-27 b——的个案研究，表明它们是可能经历潮汐诱发半径膨胀的有力候选。我们还讨论了由视向速度与时变凌星推导的两类行星质量族群间的差异如何与我们识别的半径分布特征相关联。总体而言，本工作的计算确认潮汐耗散对短周期亚海王星的结构性质具有不可忽略的后果。