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天体物理学 > 地球与行星天体物理学

arXiv:2507.02112 (astro-ph)
[提交于 2025年7月2日 ]

标题: 旋转对两层岩石行星和水世界合成质量-半径关系的影响

标题: Impact of rotation on synthetic mass-radius relationships of two-layer rocky planets and water worlds

Authors:J.-M. Huré, P. Noé, C. Staelen, E. Di Folco
摘要: 我们分析了旋转对单层和双层行星质量-半径关系的影响,这些行星的核和包层由铁、钙钛矿和水等纯材料在固态下组成。 数值调查使用了更新后的带有修改多态状态方程(EOS)的DROP代码,并研究了扁率参数$f$直到$0.2$。 在质量范围$0.1 M_\oplus < M < 10 M_\oplus$内,我们发现旋转系统地将成分曲线向更大的半径和/或更小的质量方向移动。 相对于球形情况,赤道半径$R_{eq}$对于单层行星增加了约$0.36f$,对于双层行星增加了$0.30f$到$0.55f$(取决于核心大小比例$q$和行星质量$M$)。旋转是推导行星结构的另一个混淆因素,因为半径变化与i)超级地球当前观测不确定性以及ii)EOS变化处于同一数量级。我们建立了一个形式为$R_{eq}(M,f,q)$的多变量拟合,这使得能够快速表征岩石行星和海洋世界的核大小和自转状态。我们讨论了观测数据必须在图中如何移动,以自洽地考虑可能的行星自转,这取决于凌日几何形状(圆形/扁球形)。讨论了对最近表征的超级地球候选者 LHS1140b 的简单应用。
摘要: We have analyzed the effects of rotation on mass-radius relationships for single-layer and two-layer planets having a core and an envelope made of pure materials among iron, perovskite and water in solid phase. The numerical surveys use the DROP code updated with a modified polytropic equation-of-state (EOS) and investigate flattening parameters $f$ up to $0.2$. In the mass range $0.1 M_\oplus < M < 10 M_\oplus$, we find that rotation systematically shifts the curves of composition towards larger radii and/or smaller masses. Relative to the spherical case, the equatorial radius $R_{eq}$ is increased by about $0.36f$ for single-layer planets, and by $0.30f$ to $0.55f$ for two-layer planets (depending on the core size fraction $q$ and planet mass $M$). Rotation is an additional source of confusion in deriving planetary structures, as the radius alterations are of the same order as i) current observational uncertainties for super-Earths, and ii) EOS variations. We have established a multivariate fit of the form $R_{eq}(M,f,q)$, which enables a fast characterization of the core size and rotational state of rocky planets and ocean worlds. We discuss how the observational data must be shifted in the diagrams to self-consistently account for an eventual planet spin, depending on the geometry of the transit (circular/oblate). A simple application to the recently characterized super-Earth candidate LHS1140b is discussed.
评论: 已接受发表于《天文学与天体物理学》
主题: 地球与行星天体物理学 (astro-ph.EP)
引用方式: arXiv:2507.02112 [astro-ph.EP]
  (或者 arXiv:2507.02112v1 [astro-ph.EP] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2507.02112
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI

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来自: Jean-Marc Huré [查看电子邮件]
[v1] 星期三, 2025 年 7 月 2 日 19:50:58 UTC (650 KB)
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