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天体物理学 > 地球与行星天体物理学

arXiv:2507.07840v1 (astro-ph)
[提交于 2025年7月10日 ]

标题: 比海王星大的行星具有较高的偏心率

标题: Planets larger than Neptune have elevated eccentricities

Authors:Gregory J. Gilbert, Erik A. Petigura, Paige M. Entrican
摘要: NASA的开普勒任务发现了超过4000颗凌日(穿过其宿主恒星前面)的系外行星。 这个样本揭示了行星大小和轨道间距的人口统计学特征。 然而,对它们轨道形状的知识——这是行星形成和演化的关键示踪物——仍然有限得多。 我们给出了1646颗开普勒行星的偏心率测量结果,其中92%的行星比海王星小。 对于所有行星尺寸,偏心率分布在一个e=0处达到峰值,并随着e接近1而单调下降。 随着行星尺寸的增加,平均人口偏心率从$\langle e \rangle = 0.05 \pm 0.01$的小行星上升到$\langle e \rangle = 0.20 \pm 0.03$的大于$\sim$3.5个地球半径的行星。 整体行星出现率和行星金属丰度相关性在这个尺寸上也发生了突然变化。 综合来看,这些模式表明大于$\sim$3.5个地球半径的行星和小于该尺寸的行星有不同的形成通道。 我们还发现偏心率、宿主恒星金属丰度和轨道周期之间存在尺寸依赖关系。 虽然较小的行星通常具有低偏心率,但有迹象表明有一个值得注意的例外:在“半径峡谷”中,偏心率略有升高,这是一个低出现率密度的狭窄区域,将岩石状的“超级地球”(1.0-1.5个地球半径)与气态丰富的“亚海王星”(2.0-3.0个地球半径)分隔开来。 我们在$2.1\sigma$显著性水平上检测到了这一特征。 单次和多次凌日系统的行星表现出相同的大小-偏心率关系,这表明它们来自同一父系种群。
摘要: NASA's Kepler mission identified over 4000 extrasolar planets that transit (cross in front of) their host stars. This sample has revealed detailed features in the demographics of planet sizes and orbital spacings. However, knowledge of their orbital shapes - a key tracer of planetary formation and evolution - remains far more limited. We present measurements of eccentricities for 1646 Kepler planets, 92% of which are smaller than Neptune. For all planet sizes, the eccentricity distribution peaks at e=0 and falls monotonically toward zero at e=1. As planet size increases, mean population eccentricity rises from $\langle e \rangle = 0.05 \pm 0.01$ for small planets to $\langle e \rangle = 0.20 \pm 0.03$ for planets larger than $\sim$ 3.5 Earth-radii. The overall planet occurrence rate and planet-metallicity correlation also change abruptly at this size. Taken together, these patterns indicate distinct formation channels for planets above and below $\sim$ 3.5 Earth-radii. We also find size dependent associations between eccentricity, host star metallicity, and orbital period. While smaller planets generally have low eccentricities, there are hints of a noteworthy exception: eccentricities are slightly elevated in the ``radius valley,'' a narrow band of low occurrence rate density which separates rocky ``super-Earths'' (1.0-1.5 Earth-radii) from gas-rich ``sub-Neptunes'' (2.0-3.0 Earth-radii. We detect this feature at $2.1\sigma$ significance. Planets in single- and multi-transiting systems exhibit the same size-eccentricity relationship, suggesting they are drawn from the same parent population.
评论: 24页,20图。发表于PNAS
主题: 地球与行星天体物理学 (astro-ph.EP)
引用方式: arXiv:2507.07840 [astro-ph.EP]
  (或者 arXiv:2507.07840v1 [astro-ph.EP] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2507.07840
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI
期刊参考: Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 122 (11) e2405295122 (2025)
相关 DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.2405295122
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来自: Gregory Gilbert [查看电子邮件]
[v1] 星期四, 2025 年 7 月 10 日 15:11:45 UTC (1,700 KB)
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