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天体物理学 > 地球与行星天体物理学

arXiv:2507.11693 (astro-ph)
[提交于 2025年7月15日 ]

标题: 低质量行星中的挥发性富集:过去行星破坏的特征吗?

标题: Volatile enrichment in low-mass planets: Signatures of past planetary disruption?

Authors:Mario Sucerquia, Matías Montesinos, Ana María Agudelo, Nicolás Cuello
摘要: 上下文:在主序星周围发生的潮汐撕裂和吞噬事件,如明亮的红新星ZTF SLRN-2020(一个候选的行星吞噬事件),揭示了近距离巨型行星的破坏。 虽然当前观测集中在恒星吸积和内部尘埃辐射上,但破坏过程中释放的挥发性丰富的物质的命运仍知之甚少。 目标:我们研究被撕裂的行星包层和大气中富含氢/氦的气体是否能逃逸出内系统,并被外层低质量行星(富挥发性行星,或VEP)引力捕获,可能形成瞬态大气并产生可检测的挥发性污染。 方法:我们使用FARGO3D二维流体动力学模拟来模拟潮汐剥离的巨行星向外扩散的气体,并辅以挥发性可观测性和大气逃逸的分析估计。 我们评估外层行星捕获气体的效率以及在高能恒星照射下形成的次级大气的生存时间尺度。 结果:我们的模拟显示,富含挥发性的气体可以形成VEP。 对于类地行星,形成的包层质量在1e-10到1e-6个地球质量之间,最多达到地球大气的质量,导致透射深度为几十到几百ppm。 这种特征可能持续100万到1亿年,具体取决于行星质量、轨道和恒星活动。 结论:这种情景为演化后的低质量行星形成富挥发性大气提供了一条可行的路径。 当伴随如偏心轨道等动力学特征时,这些化学异常可能追溯过去的行星撕裂。 这一框架可能有助于解释TOI-421b和WASP-107b等系统的大气和轨道特性,为行星系统的晚期演化提供新的见解。
摘要: Context: Tidal disruption and engulfment events around main-sequence stars, such as the luminous red nova ZTF SLRN-2020 (a candidate planetary-engulfment event), reveal the destruction of close-in giant planets. While current observations focus on stellar accretion and inner dust emission, the fate of the volatile-rich material expelled during disruption remains poorly understood. Aims: We investigate whether the H/He-rich gas expelled from the disrupted planet's envelope and atmosphere can escape the inner system and be gravitationally captured by an outer low-mass planet (a volatile-enriched planet, or VEP), potentially forming a transient atmosphere and producing detectable volatile contamination. Methods: We model the outward diffusion of gas from a tidally stripped giant using two-dimensional hydrodynamical simulations with FARGO3D, complemented by analytical estimates of volatile observability and atmospheric escape. We assess the efficiency of gas capture by outer planets and the survival timescales of the resulting secondary atmospheres under high-energy stellar irradiation. Results: Our simulations show that volatile-rich gas can form a VEP. The resulting envelopes can contain between 1e-10 and 1e-6 Earth masses, up to the mass of Earth's atmosphere, for Earth-like planets, yielding transit depths of tens to several hundred ppm. Such signatures may persist for 1 to 100 million years, depending on planetary mass, orbit, and stellar activity. Conclusions: This scenario offers a viable pathway to form volatile-rich atmospheres in evolved low-mass planets. When accompanied by dynamical signatures such as eccentric orbits, these chemical anomalies may trace past planetary disruption. This framework may help interpret the atmospheric and orbital properties of systems like TOI-421b and WASP-107b, shedding new light on the late-stage evolution of planetary systems.
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主题: 地球与行星天体物理学 (astro-ph.EP)
引用方式: arXiv:2507.11693 [astro-ph.EP]
  (或者 arXiv:2507.11693v1 [astro-ph.EP] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2507.11693
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI(待注册)

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来自: Mario Sucerquia Dr [查看电子邮件]
[v1] 星期二, 2025 年 7 月 15 日 19:48:36 UTC (4,518 KB)
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