开缝行星的质量是多少？

诸如 GPI 和 SPHERE 之类的高对比度成像仪器正以越来越快的速度在原行星盘中发现了缝隙结构。其中一些缝隙可能是由盘中形成的行星开启的。为了利用盘观测约束行星形成模型，找到一种稳健的方法从观测到的缝隙性质（如深度和宽度）定量反推开缝行星的性质（特别是其质量）至关重要。结合 2D 和 3D 流体动力学模拟与 3D 辐射转移模拟，我们研究了在近红外散射光图像中行星开启的缝隙的形态。定量上，我们获得了将气体表面密度中的本征缝隙深度和宽度与在有限角分辨率下适度倾角的盘图像中观测到的深度和宽度直接联系起来的相关性。随后，表面密度缝隙的性质使我们能够推导缝隙位置处的盘标高 $h$，并约束量 $M_{\rm p}^2/\alpha$，其中 $M_{\rm p}$ 是开缝行星的质量，$\alpha$ 表征缝隙中的黏滞系数。作为示例，我们检验了最近由 VLT/SPHERE、Gemini/GPI 和 Subaru/HiCIAO 在 HD 97048、TW Hya、HD 169142、LkCa 15 和 RX J1615.3-3255 中成像的缝隙。假设每个缝隙由单一行星开启，推导了盘的标高和开缝行星的可能质量。假设 $\alpha=10^{-3}$，所有情况下推导的行星质量大致在 0.1-1 $M_{\rm J}$ 之间。