王 素1,2 1.中科院紫金山天文台 2.中科院行星科学重点实验室 Formation of the Planetary Candidates Observed by Kepler Mission Kepler观测计划中发现的行星构型的形成 王 素1,2 1.中科院紫金山天文台 2.中科院行星科学重点实验室
主要内容 背景介绍 系外行星观测 行星形成理论 主要研究工作 KOI-152系统构型的形成研究 近3:2和2:1共振构型的统计研究 结论
系外行星的观测结果 截至2015年3月 1202 行星系统 480 多行星系统 1906 行星 Discovery Method Number of Planets Astrometry 1 Imaging 35 Radial Velocity 533 Transit 1189 Transit timing variations 15 Eclipse timing variations 7 Microlensing 30 Pulsar timing variations 5 Pulsation timing variations Orbital brightness modulations 6 http://exoplanetarchive.ipac.caltech.edu
Kepler 计划 到2015年2月 ~ 4229 行星候选体，2804 行星系统，974 多行星系统 652 两行星系统，222 三行星系统，75 四行星系统 对Kepler系统中行星周期比的统计 974 个多行星系统 222 个三行星系统 在周期比为1.5和2.0附近存在两个峰值 近4:2:1MMRs 构型 近3:2:1MMRs构型
近4:2:1 共振系统 太阳系： KOI-152： HD40307系统 木星的三颗伽利略卫星位于4:2:1共振 三颗行星处于近4:2:1共振 http://en.wikipedia.org/wiki/Moons_of_Jupiter HD40307系统 对形成过程有何限定 对系统恒星有何要求 是否普遍存在 Mayor et al. 2008
行星形成理论 引力不稳定模型 核吸积模型 (Safronov 1969, Hayashi 1977) 尘埃物质-星子 星子-行星胚胎 (Kuiper 1951, Cameron 1962, 1978) 核吸积模型 (Safronov 1969, Hayashi 1977) 尘埃物质-星子 (Weidenschilling 1980) 星子-行星胚胎 (Ida & Lin 2004) 行星胚胎-气态巨行星 (Ikoma 2000) 轨道迁移的影响 (Goldreich & Tremaine 1979, 1980)
！ ！ 可能的形成机制 本地形成 散射机制 迁移机制 没有足够的原料，需要37倍最小质量太阳星云的原行星盘 Ford et al. 2005采用散射机制解释了upsilon Andromedae系统构型的形成 ！ 该机制难以恰好形成周期比在2:1或者3:2附近的构型 Lee & Peale 利用迁移机制解释了GJ876系统两大质量行星2:1共振构型 提供了一种可能的形成机制
KOI-152系统形成：机制 形成：行星胚胎形成在几个AU以外的气体盘内。 进入1:2:4共振：气体未消散之前经历轨道迁移到达靠近中心天体的位置。 脱离共振：中心天体的潮汐作用使得系统中行星最终到达观测位置。 影响因素： 恒星吸积率： 1×10-9 ~ 2.5×10-8 Msun/yr 恒星磁场强度： 1KG ~ 2.5KG 轨道迁移的减弱因子： 0.001 ~ 1
KOI-152系统形成：数值模型 行星与恒星之间的引力作用 行星之间的引力作用 轨道迁移作用 气体的作用
KOI-152系统形成：结果 获得与KOI-152类似的结构 对第一类轨道迁移的限制：速度小于理论预计的十分之一 三颗行星的质量上限分别为：15，19，24个地球质量 三颗行星形成在恒星演化的后期或恒星具有较高磁场强度 Wang, Ji, & Zhou, ApJ, 2012, 753, 170-179
近3:2 和 2:1共振构型形成：模型 系统: 恒星: 类太阳 系统中存在三颗行星 1022组计算 影响因素： 恒星吸积率 1×10-9 Msun/yr ~ 2.5×10-8 Msun/yr 恒星磁场强度 1KG ~ 2.5KG 轨道迁移的减弱因子f1 0.001 ~ 1 系统中行星的质量
近3:2 和 2:1共振构型形成：统计结果（1） 恒星磁场对最终构型的影响比较小 恒星吸积率高易形成2:1共振而吸积率低则易形成3:2共振构型 第一类轨道迁移的减弱因子f1≧0.1易于形成2:1共振构型，f1 ≧0.3易于形成3:2共振构型 行星系统中存在相等质量的行星更易形成共振构型
近3:2 和 2:1共振构型形成：统计结果（2） 通过统计结果分析发现，在我们提出的形成模型下可以形成类似于观测结果的双峰结构，提供了一种可以形成观测中的近3:2和2:1共振构型的形成机制。 Wang & Ji ApJ 2014 795 85
结论 Kepler系统中近2:1共振是个普遍存在的现象 在系外行星系统中近拉普拉斯（4:2:1）共振构型较易形成 近3:2共振形成的条件 高的恒星吸积率 轨道迁移速度为理论值的十分之一利于形成共振构型 在系外行星系统中近拉普拉斯（4:2:1）共振构型较易形成 近3:2共振形成的条件 紧致构型的系统 系统中超过三颗行星存在
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