Signatures of a planet-planet impacts phase in exoplanetary systems hosting giant planets
系外行星系统中的巨行星位于非圆形的近距离轨道上。我们认为，这些偏心率出现在一个阶段的巨大影响，类似于最后阶段的太阳系组装，形成地球的月球。在这种情况下，行星彼此分散并碰撞，随着它们合并，质量相应增长。我们数值积分了一个具有不同总行星质量的系统系综，允许碰撞增长，以表明（1）今天观察到的高偏心率巨星可能优先形成于初始总行星质量较高的系统中，（2）所观察到的巨行星偏心率分布的上限与行星-行星散射一致。我们预测，合并将产生一个人口的大质量巨行星之间的1和8 au从他们的恒星。
2019-10-08 astro-ph.EP
Impact of Gas Giant Instabilities on Habitable Planets
许多太阳系外高偏心率气体巨星的探测表明，在行星系中，动力学不稳定性是常见的。这些不稳定性可以改变气体巨星的轨道以及类地行星的轨道，从而将可居住行星抛出或移出宜居带。在这项工作中，423个模拟与153个不同的假设行星系的气体巨星和类地行星已模拟探索轨道稳定的可居住行星。初始参数变化包括巨行星的数量、距离和质量以及恒星类型。发现气体巨星的初始数量和初始距离与可居住行星的存活率之间存在线性关系，由两颗巨行星组成的行星系对类地行星相当有利，而六颗巨行星则往往导致宜居带完全消失。巨行星之间的初始距离为5希尔半径的系统有很高的机会拥有一颗可居住的行星，尽管更紧凑的系统具有很大的破坏性。巨大的行星质量对可居住世界的稳定性影响较小。此外，还确定了一颗被观测到的巨大系外行星的现今轨道与可居住行星的存活率之间的联系。根据经验，观测到的气体巨星的偏心率高于0.4，倾角高于20度，经历了强烈的行星-行星散射，并且在其系统中不太可能有可居住的行星。此外，研究人员发现，K或M星周围的可居住行星比G星周围的行星存活率更高。
2018-02-15 astro-ph.EP
The effect of temperature evolution on the interior structure of H${}_{2}$O-rich planets
对于大多数半径在1到4 R $_{\oplus}$范围内的行星，水是内部组成的主要成分。在高压下，H ${}_{2}$ O可以是固体，但对于较大的行星，如海王星，温度可能太高。质量和年龄在决定固体和流体（以及混合）富水超级地球之间的过渡方面发挥着作用。我们利用最新的H ${}_{2}$ O高压和超高压相图，通过与各种行星模型的内部相图的比较，展示了行星内部的温度演化，特别是H ${}_{2}$ O状态的温度演化。事实证明，行星内部的大部分H ${}_{2}$ O可能以各种状态存在，如等离子体，超离子，离子，Ice VII，Ice X等，取决于行星的大小年龄和冷却速度质量半径相空间的不同区域也被确定为对应于不同的行星结构。一般来说，年龄超过3 Gyr的超地球大小的行星（孤立或没有显着的母星辐射效应）大部分是固体。
2014-02-28 astro-ph.EP
Internal Structure of Giant and Icy Planets: Importance of Heavy Elements and Mixing
在这一章中，我们总结了目前对巨行星内部结构的认识。我们集中在重元素的重要性和它们在决定行星的组成和内部结构，在行星形成，并在行星的长期演化的作用。我们简要地讨论了内部结构模型是如何推导出来的，给出了太阳系外行星的可能结构，并总结了巨行星形成和演化。最后，我们将介绍巨型系外行星，并讨论如何利用它们来更好地理解巨型行星作为一类行星天体。
2018-06-07 astro-ph.EP
Connecting Giant Planet Atmosphere and Interior Modeling: Constraints on Atmospheric Metal Enrichment
通过光谱分析确定大气特征是现代系外行星科学的一个重要工具，可从内部结构模型提供的背景中获益匪浅。特别是，行星的整体金属丰度$Z_p$为潜在的大气金属丰度设定了上限。在这里，我们构建内部结构模型，以获得$Z_p$和大气金属丰度上限的403个已知的过境巨型系外行星。这些限制足够低，可以有效地为大气模型提供信息。此外，我们认为，比较$Z_p$观察到的大气金属丰度提供了一个有用的措施如何混合金属在行星内。这为了解行星内部提供了一条新的途径。为了帮助在未来的表征新的行星发现，我们推导出分析前的预测大气金属丰度作为行星质量的函数，并评估我们的方法对木星和土星的有效性。我们包括对数线性拟合，用于近似不在我们目录中的行星的金属丰度。
2019-03-05 astro-ph.EP
Effects of Dynamical Evolution of Giant Planets on Survival of Terrestrial Planets
目前观测到的太阳系外巨行星的轨道分布允许假设的类地行星有边缘稳定的轨道。在本文中，我们提出，许多这些系统可能没有额外的行星在这些“稳定”的轨道上，因为过去的动力学不稳定的巨行星可以删除它们。我们数值研究了多个巨行星的早期演化对内行星的轨道稳定性的影响，这些内行星被模拟为测试粒子，并确定了它们的动力学不稳定区域。以前的研究表明，大多数这样的测试粒子是由于与巨行星的近距离接触而被喷射出系统的。在这里，我们表明来自巨行星的长期扰动可以将测试粒子去除到至少比其最小近心距离小10倍的范围内。我们的研究结果表明，除非巨行星之间的动力学不稳定性要么不存在，要么像行星-行星碰撞那样安静，否则在几个天文单位的巨行星轨道内，大多数低至~0.1天文单位的测试粒子可能会消失。事实上，在大约30%的幸存测试粒子中，大约四分之三属于行星-行星碰撞的情况。我们发现我们的数值计算结果和长期理论之间有很好的一致性，并提出了一个半解析公式，估计的动态不稳定区域的测试粒子只是从巨行星的演化。最后，我们的数值计算结果与观测结果吻合得很好，并预测了在偏心巨行星系统中存在热岩质行星。
2013-05-10 astro-ph.EP
Formation of terrestrial planets in eccentric and inclined giant planet systems
最近几年，已经有关于巨行星的行星轨道相互倾斜的证据。本文旨在研究偏心和倾斜的大质量巨行星对类地行星形成过程的影响，并探讨它是否可能导致倾斜的类地行星的存在。我们对偏心和倾斜巨行星系统中的行星吸积晚期进行了126次模拟。在II型迁移和行星-行星散射的共同作用下，巨行星系统的物理和轨道参数来自于三颗巨行星在气体盘后期阶段的n体模拟。十四两个和三个行星的配置已被选定，与多样化的质量，半长轴（共振配置或不），偏心率和倾角（包括共面系统）在分散的气体盘。然后，我们跟踪了这些系统与由星子和胚胎组成的内盘的引力相互作用（每个系统9次运行），详细研究了形成的类地行星的最终配置。虽然共面巨行星系统中有几颗类地行星，一般都和地球一样大，并且主要在低偏心率和低倾角的轨道上，但在具有相互倾斜的巨行星系统中形成的类地行星通常数量较少，质量较小（<0.5 M_{\Earth}），并且具有更大的偏心率和倾角。这项工作表明，通过经典吸积理论，即使在脱离盘相的共面巨行星系统中，类地行星也可以在稳定的倾斜轨道上形成。
2018-02-01 astro-ph.EP
Colliding in the shadows of giants: Planetesimal collisions during the growth and migration of gas giants
巨行星迁移是行星系演化过程中的重要现象。最近的工作表明，巨行星生长和迁移可以塑造小行星带，但这些工作没有考虑微行星之间的相互作用。我们计算了气体巨行星生长和迁移过程中星子盘的演化，包括星子-星子碰撞。这些碰撞的数量、位置和碰撞速度取决于具体的生长和迁移路径，我们发现巨行星生长本身对碰撞速度的影响很小，并且大部分被生长中的巨行星散射的星子在生长期间不会相互碰撞。与此相反，我们发现，巨行星迁移诱导大量的高速碰撞的星子。这些撞击有足够的速度引起冲击波引起的水冰和星子的硅酸盐成分的蒸发，并导致身体的灾难性破坏。撞击碎片可能会形成新的物体。碰撞演化降低了小行星通过巨行星生长和迁移注入小行星带的效率。植入小行星带的一小部分最大的星子可能是通过碰撞处理的。我们确定了重要的后果，行星吸积模型中没有考虑的星子碰撞。在巨行星迁移过程中高速碰撞的普遍性，以及它们与陨石性质和球粒形成的潜在联系，使得撞击蒸发成为一个至关重要的现象。小行星成分蒸发的后果需要进一步的详细研究。需要新的星云内碰撞结果模型和新的星子形成模型。
2020-08-12 astro-ph.EP
Giant planet effects on terrestrial planet formation and system architecture
太阳系的巨行星可能在塑造类地行星的结构方面发挥了重要作用。利用一个更新的碰撞模型，我们进行了一系列高分辨率的N体积分，以探讨巨行星质量，类地行星的形成和系统结构之间的关系。我们改变居住在木星和土星轨道上的行星的质量，并检查对内部地球系统的影响。我们发现外部巨行星的质量与由此产生的行星的碰撞历史之间存在相关性，这对行星的性质具有影响。质量更大的巨星也会产生类地行星，它们的轨道更小，更圆。我们没有发现外部巨行星质量和系统中产生的地球类似物（质量和半长轴类似）的数量之间有很强的相关性。这些结果使我们能够预测类地行星的性质，这些行星绕着遥远的类太阳恒星系统运行，这些恒星系统在长轨道上拥有巨大的行星同伴-这些系统将是美国宇航局即将到来的宽视场红外太空望远镜（WFIRST）任务的优先事项。
2019-02-06 astro-ph.EP
How the presence of a giant planet affects the outcome of terrestrial planet formation simulations
本文利用GENGA开展约50 Myr的N体模拟，考察不同质量、轨道半径的外侧巨行星及初始胚胎分布对类地行星形成的影响，发现巨行星会增强相互作用并使轨道更紧凑，但过近会抑制大质量岩质行星形成。
2024-05-07 astro-ph.EP
Giant planets: good neighbors for habitable worlds?
巨行星的存在以多种方式影响着潜在的宜居世界。巨大的天体邻居可以促进行星核心的形成，并改变小行星和彗星向地球类似物的涌入。此外，巨行星可以通过引力改变轨道间接改变地球世界的气候。通过对迄今已知的147个拥有一颗主序星和一颗巨行星的系外行星系统的研究，我们发现，即使两颗行星都有稳定的轨道，“巨邻居”的存在也会减少类地行星保持宜居的机会。然而，在一小部分系统中，巨行星稍微增加了宜居带的范围，前提是地球具有很高的气候惯性。在提供限制的地方，巨行星停止影响宜居带的大小在一个有害的方式，我们确定在寻找宜居世界的主要目标。
2018-04-06 astro-ph.EP
Near Mean Motion Resonance of Terrestrial Planet Pair Induced by Giant Planet: Application to Kepler-68 System
在这项工作中，我们研究的配置形成的两个内部类地行星附近的平均运动共振（MMR）的一个遥远的气体巨星的扰动开普勒68系统，进行了数千个数值模拟。结果表明，类地行星的形成与第一类迁移的速度、行星的质量和巨行星的存在有关。这颗巨行星的质量和偏心率可能在塑造系统的最终配置方面发挥关键作用。如果巨行星以偏心轨道围绕中心恒星旋转，则内行星对可以被困在5：3或7：4的MMR中，这与开普勒-68的观测配置相似。此外，我们还发现，如果巨行星的质量大于5 $M_J$，则中间行星的偏心率可以被激发到大约0.2，否则类地行星倾向于保持近圆轨道。我们的研究可能提供一个可能的行星系的形成方案，拥有几个类地行星附近的MMR内部和一个气体巨星外部。
2020-06-25 astro-ph.EP
Formation of giant planets with large metal masses and metal fractions via giant impacts in a rapidly dissipating disk
根据行星内部模型，一些巨行星包含大金属质量，金属质量分数很大。HD 149026 b和TOI-849 b是这些巨行星的典型例子。有人认为，在巨大的撞击过程中，包层的质量损失在这种巨行星的形成中起着关键作用。这封信的目的是提出一种机制，可以解释这些巨行星的起源。我们调查的巨行星的形成在一个快速消散的磁盘使用N体模拟，考虑卵石吸积。结果表明，虽然在某些巨行星中，卵石隔离质量小于金属质量（大于30个地球质量），但行星与隔离质量之间的巨大碰撞会增加内部金属质量。关于金属部分，核心吸积大量的信封失控的气体吸积在磁盘耗散阶段的1-10万年的磁盘，没有光蒸发的演变。虽然在巨大的撞击中，大部分的包层会丢失，但行星可以在撞击后在缓慢消散的盘中重新吸积包层。在这里，我们证明，通过在一个快速消散的磁盘光蒸发，失控的气体吸积在中间淬火，导致形成巨行星与大金属质量分数。HD 149026 b和TOI-849 b的起源，其特征在于它们的大金属质量分数，可以自然地解释为一个模型，认为光盘与光蒸发演变。
2021-03-24 astro-ph.EP
Determination of the Interior Structure of Transiting Planets in Multiple-Planet Systems
在一颗短周期凌日的太阳系外行星受到伴星的扰动时，其内部的潮汐耗散可以驱动系统的轨道演化到一个所谓的潮汐固定点，在这个点上，凌日行星的拱线和它的扰动物的拱线是一致的，并且行星和扰动物的轨道偏心率的变化都被减弱了。对拱点岁差率有重要贡献的是长期的行星-行星相互作用、广义相对论以及由凌日行星的潮汐和旋转扭曲产生的引力四极场。因此，内行星的固定轨道偏心率是行星内部结构的强大功能。我们在最近发现的HAT-P-13外行星系的特定背景下说明了这些想法，并表明人们已经可以收集到重要的见解，内部过境行星的物理性质。我们提出的结构模型的行星，这表明它的观测半径可以保持一个参数序列的模型，适当地改变核心质量和潮汐能量耗散在内部。我们使用的轨道动力学的八极阶长期理论，推导出依赖的内行星的偏心率，其潮汐勒夫数。我们发现，目前测得的偏心率，意味着0.116 < k2_{b} < 0.425，0 M_{Earth} < M_{core} <120 M_{Earth} $，和Q_{b} <300，000。对偏心率的改进测量将很快允许对所有这三个量进行更严格的限制，并将为太阳系外行星的内部结构提供前所未有的探测。
2009-07-28 astro-ph.EP
The Interiors of Uranus and Neptune: Current Understanding and Open Questions
天王星和海王星在我们的太阳系中形成了一个独特的行星类别。鉴于这一事实，以及类似质量的行星在其他行星系中的普遍存在，了解它们的内部结构和组成是至关重要的。然而，关于这些行星的开放性问题比答案更多。在这篇评论中，我们专注于我们不知道的关于天王星和海王星内部的事情，重点是为什么行星可能是不同的，而不是相同的。接下来，我们将总结有关行星内部结构和演化的知识。最后，我们确定的主题，应该进一步研究的理论前沿，以及所需的观测空间任务。
2020-07-21 astro-ph.EP
The Fragility of the Terrestrial Planets During a Giant Planet Instability
如果巨行星经历轨道不稳定性，使一个或多个冰巨星蒸发，那么外太阳系的许多特征在数值模拟中都会重现。在这种不稳定期间，木星和土星的轨道发生偏离，跨越其2：1平均运动共振（MMR），这种共振交叉可以激发类地行星轨道。使用这种巨大的行星不稳定性的模拟大合奏，我们直接模拟在此过程中的类地行星轨道的演变，特别注意再现外行星的基本特征的系统。在保留四颗巨行星并以木星和土星超过2：1的MMR结束的系统中，我们发现至少有85%的概率至少有一颗类地行星丢失。此外，设法保留所有四个类地行星的系统通常会以类地行星的偏心率和倾角大于观测值而结束。类地行星轨道的激发水平与观测轨道相当的可能性小于~5%。如果我们考虑到外行星轨道复制良好的概率，我们发现内行星和外行星的轨道结构在同一系统中同时复制的概率为1%或更低。这些微小的概率增加了这样一种可能性，即巨行星的不稳定性发生在类地行星形成之前。这种情况意味着巨行星的不稳定性不是后期重轰炸的来源，类地行星的形成是在巨行星处于现代构型时完成的。
2015-10-28 astro-ph.EP
Giant Planets
我们回顾了木星，土星，天王星和海王星的内部结构和演化，以及太阳系外的巨行星，特别强调限制其全球组成。
2009-12-10 astro-ph.EP
The Final State of the Thermal Evolution of Free-Floating Giant Planet
本文讨论了冷巨行星内部超导态金属氢的存在问题。我们证明了{ \it cold}行星代表了自由漂浮巨行星热演化的最终状态。
2011-09-06 astro-ph.EP
Planetesimal fragmentation and giant planet formation: the role of planet migration
在核心吸积的标准模型中，巨行星的核心是由星子吸积形成的。在这种情况下，星子人口的演变在大规模核心的形成中起着重要作用。最近，我们研究了星子碎裂在巨行星原位形成中的作用。然而，行星和气体盘之间的角动量交换导致行星在盘中迁移。在这项新的工作中，我们纳入了行星的迁移，并在全球范围内研究行星迁移在形成一个巨大的核心时，星子的人口演变的行星吸积，迁移由于星云的阻力，和碎片由于星子碰撞的作用。
2014-09-24 astro-ph.EP
A Definition for Giant Planets Based on the Mass-Density Relationship
我们提出了质量范围从行星（M ~ 0.01 M_Jup）到恒星（M > 0.08 M_Sun）的天体的质量-密度关系（log M - log rho）。这种关系显示了三个不同的区域，它们被log M - log rho平面中斜率的变化所分隔。特别是，质量在0.3 M_Jup到60 M_Jup范围内的天体遵循紧密的线性关系，没有区分低质量端（巨行星）和高质量端（褐矮星）的区别特征。因此，巨行星和褐矮星之间的区别似乎是武断的。我们提出了一个新的定义的巨行星的基础上简单的变化的日志$M$与log ρ关系的斜率。根据这个标准，质量小于~ 0.3 M_Jup的天体是低质量行星，要么是冰质的，要么是岩石的。巨行星的质量范围为0.3兆焦耳至60兆焦耳。类似于恒星主序星，位于巨行星序上端的天体（褐矮星）可以简单地称为“高质量巨行星”，而质量接近木星的行星可以被认为是“低质量巨行星”。
2015-06-16 astro-ph.EP
Formation of Giant Planets
巨行星的质量是地球的几十到几千倍，而且是地球的好几倍。它们的大部分体积被氢和氦占据，它们是形成它们的原恒星盘的主要成分。值得注意的是，相对于太阳而言，太阳系巨行星也富含较重的元素，这表明固体物质参与了它们的组装。巨行星占据了我们行星系统和它们所在的太阳系外行星系的大部分质量。因此，巨行星是决定行星系轨道结构的主要因素，并可能影响类地行星的组成。本章描述了根据目前的知识，可以导致巨行星形成的主要途径，即核心成核吸积模型，以及另一种途径，即盘不稳定性模型，它可能导致在宽轨道上形成行星质量的物体。
2018-06-14 astro-ph.EP
Spin Dynamics of Extrasolar Giant Planets in Planet-Planet Scattering
行星-行星散射最能解释太阳系外巨行星的离心率分布。过去的文献表明，行星的轨道演变是由于行星-行星散射。本文研究了双行星系统中行星-行星散射中行星的自旋演化。自旋可以显着演变，由于自旋-轨道耦合可能通过演变的自旋和轨道进动在行星-行星散射阶段。行星自转的主要扭矩来源是恒星扭矩，行星平面扭矩的贡献可以忽略不计。作为自旋演化的结果，行星最终可能会像我们太阳系中的行星一样具有显著的平行度（行星自身轨道法线与自旋轴之间的角度）。
2021-03-29 astro-ph.EP
The destruction of inner planetary systems during high-eccentricity migration of gas giants
热彗星是巨大的行星，其轨道是一个天文单位的百分之几。它们不与低质量的近距离行星共享系统，尽管后者非常常见。有两种热行星的迁移通道被提出：通过原行星气体盘或通过高偏心行星的潮汐循环。我们发现，将成为热彗星的高偏心巨行星清除了系统中任何低质量的内行星，解释了观测到的热彗星缺乏这样的同伴。这种相互作用的一个不太常见的结果是，巨行星被内行星抛射出去。此外，这种相互作用可以在半长轴$<1$ AU的中高偏心率上植入巨行星，这是一个难以填充的区域。我们的工作支持了这样一个假设，即大多数热彗星在高离心率阶段之后到达它们当前的轨道，可能是由其他行星或恒星同伴激发的。
2015-06-04 astro-ph.EP
Dynamical Measurements of the Interior Structure of Exoplanets
巨大的气态行星通常居住在足够接近其宿主恒星的轨道上，以便行星四极引力场变得不可忽略。在存在额外的行星伴星的情况下，系统轨道状态的精确表征可以对过境行星的内部结构产生有意义的约束。然而，这种方法可能需要非常特定类型的系统。本文探讨了这些方法的适用性的动态范围，并表明，内部结构计算是可能的广泛的轨道架构。HAT-P-13系统被用作一个案例研究，并从第三个遥远的同伴的内部计算的可行性所产生的扰动的影响进行了讨论。我们发现，这里讨论的方法很可能是有用的，在研究其他行星系，允许扩大调查的内部系外行星的可能性。
2013-09-20 astro-ph.EP
Hydrogen-Water Mixtures in Giant Planet Interiors Studied with Ab Initio Simulations
我们使用从头算分子动力学模拟研究了行星内部条件下的水氢混合物。我们确定的热力学性质的各种水-氢混合比在2000和6000 K的温度为几十GPa的压力。这些条件与冰巨行星和气体巨行星的外壳有关。我们发现，在2000 K的混合物是在分子制度，而在6000 K的氢和水的解离是重要的，影响热力学性质。我们研究了液体的结构，并分析了径向分布函数。我们提供的传输特性，扩散和粘度的估计，自相关函数的基础上。我们得到的粘度估计的数量级的十分之几mPa.s的条件下考虑。这些结果与冰巨行星的发电机模拟有关。
2015-10-26 astro-ph.EP
Final Masses of Giant Planets III: Effect of Photoevaporation and a New Planetary Migration Model
本文提出了一个新的巨行星形成的简单模型，该模型在原有模型的基础上加入了光蒸发引起的盘质量损失和新的II型迁移公式，从而预测了在给定盘中诞生的巨行星的最终质量。该模型提供了一些有趣的结果。首先，它给出了行星质量和轨道半径图中的宇宙演化轨迹，阐明了巨行星在失控气体吸积阶段如何在生长过程中迁移。质量比木星小的巨行星在失控的气体吸积阶段只会发生轻微的径向迁移。第二，巨行星的最终质量近似地作为三个参数的函数给出：在逃逸气体吸积到行星上的开始时间的初始盘质量，由于光蒸发的质量损失率，以及开始时间。另一方面，最终行星质量几乎与盘半径、粘性和初始轨道半径无关。最后得到的行星质量接近或小于初始质量的10%。第三，所提出的模型成功地解释了性质的质量分布的巨型系外行星的质量分布观测到的原行星盘的质量损失率由于光蒸发的合理范围内。
2020-02-18 astro-ph.EP
The role of planetesimal fragmentation on giant planet formation
在行星形成的标准场景中，类地行星和巨行星的核心是由星子吸积形成的。随着行星胚胎的成长，由于胚胎产生的引力激发，星子的速度色散增加。微行星相对速度的增加导致了微行星之间的碰撞破碎。我们研究了星子碎裂在巨行星形成中的作用。我们分析了星子碎片化如何改变大范围的星子大小和磁盘质量的巨行星的核心的增长。我们将一个模型的星子碎裂到我们的模型，在原地巨型行星形成。我们计算了固体表面密度（星子加碎片）的演变，由于行星吸积，迁移和破碎。微行星碎片的加入显著地改变了行星的形成过程。如果星子碰撞中的大部分质量损失分布在较小的碎片中，那么对于半径小于10 km的初始星子，星子碎片化会抑制胚胎的生长。只有初始的星子半径为100公里，盘大于0.06 Msun，胚胎达到质量大于地球的质量。然而，即使是这样大的星子和大质量的磁盘，星子碎裂诱导快速形成的大质量的核心，只有当大部分的质量损失在星子碰撞分布在较大的碎片。星子碎裂似乎在巨行星形成中起着重要作用。微行星碰撞中质量损失的分布方式导致了不同的结果，抑制或有利于大质量核心的形成。
2014-01-30 astro-ph.EP
Giant Planet Formation, Evolution, and Internal Structure
探测到的大量巨型系外行星为我们提供了机会，以提高我们对气体巨行星形成机制，演化和内部结构的理解。巨行星形成的两个主要模型是核心吸积和盘不稳定性。这些形成模型之间有很大的差异，包括形成的时间尺度，有利的形成位置，理想的磁盘性能行星形成，早期演化，行星组成等，首先，我们总结了两种模型，包括其实质性的差异，优点和缺点，并建议如何将理论模型连接到现有的（和未来的）数据。接下来，我们总结了目前对太阳系和太阳系外巨行星内部结构的认识。最后，我们提出了巨行星探测的下一步措施。
2013-11-05 astro-ph.EP
Promoted Mass Growth of Multiple, Distant Giant Planets through Pebble Accretion and Planet-Planet Collision
我们提出了一个卵石驱动的行星形成方案，形成巨行星与高的多重性和大的轨道距离在早期的气体盘阶段。我们进行N体模拟，以调查的增长和迁移的低质量的原行星在磁盘与内部粘性加热和外部恒星辐射区。这个模型的主要特征是巨行星核心通过卵石吸积和行星-行星碰撞的组合快速生长。因此，这加速了它们的气体吸积。由于有效的增长，地球早期从快速的I型迁移过渡到缓慢的II型迁移，大大减少了向内迁移。多个巨行星可以以这种方式随着半长轴的增加而依次形成。与单个行星增长的情况相比，当考虑大量原行星时，质量增长和轨道保持都更加明显。最终，在原行星诞生后，在$1.5{-}3$ Myr内形成了一些轨道距离为几个到几十个天文单位的巨行星。由此产生的模拟行星种群可能与磁盘观测中显示的子结构以及径向速度和微透镜调查中观察到的大轨道距离系外行星有关。
2020-06-11 astro-ph.EP
Sequential giant planet formation initiated by disc substructure
本研究提出一个一致的建模框架，结合尘埃演化、微行星形成、$N$体引力、卵石吸积等过程，发现盘次结构能引发巨行星顺序形成，生成紧凑的巨行星链，为气态和冰态巨行星链的形成提供了高效机制。
2024-07-03 astro-ph.EP
Precise Radial Velocities of Giant Stars VII. Occurrence Rate of Giant Extrasolar Planets as a Function of Mass and Metallicity
我们在12年多的时间里定期地获得了利克天文台373颗G型和K型巨星的径向速度。在15颗巨星周围已经发现了行星，另外还有20颗巨星拥有行星候选者。我们研究了巨星周围的亚恒星伴星的出现率作为恒星质量和金属丰度的函数。我们探测的恒星质量范围从大约1到超过3 M_Sun，这是没有被探索的主序星样品。我们拟合的巨行星的出现率作为恒星质量和金属丰度的函数，高斯分布和指数分布，分别。我们发现了强有力的证据，我们的巨恒星样本的安全行星主机之间的行星金属丰度的相关性，在一个主序星的协议。然而，在我们的行星候选者样本中，行星与金属丰度的相关性是不存在的，这引起了人们的怀疑，即其中很大一部分可能确实不是行星。与Johnson对亚巨星的研究结果一致，在1 - 1.9 M_Sun的恒星质量区间内，巨行星的出现率增加。然而，在恒星质量为1.9 + 0.1/-0.5 M_Sun处有一个极大值，质量大于2.5-3.0 M_Sun时出现率迅速下降。我们没有发现任何行星围绕着质量超过2.7 M_Sun的恒星，尽管在我们的样本中有113颗质量在2.7和5 M_Sun之间的恒星（对应于在恒星质量箱中68.3%的置信度下巨行星出现率< 1.6%）。我们还表明，这一结果是不是一个选择的影响有关的行星探测恒星质量的函数。我们的结论是，巨大的行星形成或向内迁移的抑制周围更高质量的恒星，可能是因为更快的磁盘耗尽加上更长的迁移时间尺…
2014-12-15 astro-ph.EP
There might be giants: unseen Jupiter-mass planets as sculptors of tightly-packed planetary systems
对于轨道周期为$\gtrsim$ 1 yr的行星，开普勒样本的有限完整性使系外行星系统可能拥有未被发现的巨行星的可能性成为可能。如果这样的行星存在，它们与内行星的动力学相互作用可能对塑造这些系统的最终轨道结构至关重要。使用$N$体代码与额外的力量来模拟原行星盘的影响，我们进行模拟的组装紧凑系统的超级地球质量的行星与看不见的巨大的同伴。模拟的系统类似于开普勒-11或开普勒-32，因为它们包含4或5个内部超级地球，但我们的系统也包含更长周期的巨伴星，这些伴星不太可能被开普勒探测到。我们发现，巨大的同伴往往打破宽间距，一阶平均运动共振，使内行星迁移到更紧密的共振。这导致更紧凑的架构，并增加拉普拉斯共振链的发生率。
2015-12-08 astro-ph.EP
An Empirical Mass-Radius Relation for Cool Giant Planets
行星的质量和半径之间的概率关系可用于多种目的，包括估计行星发现工作的产量和已知质量的已发现行星的半径。以前对巨行星的研究往往没有对冷巨星和（膨胀的）热巨星进行重要的区分。这可能导致不必要的大的不确定性和高估的半径较冷的对象。使用分层bavelet建模和AIC模型选择标准，我们确定了一个经验的质量半径关系的冷巨行星超过15个地球质量。它采用对数质量的二次函数形式，具有幂律分散。MCMC参数的不确定性，我们比较我们的结果与内部结构模型的输出和半径的太阳系巨行星，这适合我们的关系舒适。
2019-09-19 astro-ph.EP
Giant planets orbiting metal-rich stars show signatures of planet-planet interactions
围绕着冰线内部运行的气态巨行星被认为是通过仍然存在争议的过程从它们的形成位置移动的。在这里，我们发现了几个新的金属丰度趋势，它们共同表明，两种相互竞争的机制提供了接近的巨行星：温和的盘迁移，在具有一系列金属丰度的环境中运行，以及剧烈的行星-行星引力相互作用，主要是在富含金属的系统中触发，其中可以形成多个巨行星。首先，我们以99.1%的置信度表明，半长轴在0.1到1 AU之间的巨行星轨道贫金属恒星（[Fe/H]<0）被限制在比那些轨道富金属恒星更低的偏心率。其次，我们以93.3%的置信度表明，经历潮汐循环的偏心原热彗星主要围绕富含金属的恒星运行。最后，我们表明只有富含金属的恒星才会有热木星堆积，这有助于解释整个开普勒样本中缺乏这种堆积的原因。由恒星扰动（如恒星Kozai）引起的迁移不太可能解释这种趋势。这些趋势进一步激发了后续的理论工作，解决了热木星迁移理论也可以产生0.1到1 AU之间的偏心巨行星的观测人口。
2013-07-05 astro-ph.EP
Giant Planets Can Act As Stabilizing Agents on Debris Disks
我们已经探讨了一个冷碎片盘的矮行星大小的物体（DP）的引力影响下的演变，无论是在存在和不存在的内部巨行星。通过详细的长期数值模拟，我们证明，当巨行星不存在，DP可以搅拌盘粒子的偏心率和倾角，在线性比例的DP的总质量;另一方面，当巨行星包括在模拟中，搅拌近似成比例的质量平方。这就产生了两种制度：在盘质量阈值（由DP的总质量定义）以下，巨行星充当彗核轨道的稳定剂，减少散射体的影响;在阈值以上，巨行星有助于粒子的分散。
2017-05-19 astro-ph.EP
Composition of Massive Giant Planets
目前巨行星形成的两种模型是核心吸积和盘不稳定性。我们讨论的核心质量和整体行星富集重元素预测的两个形成模型，并表明，这两种模型可能会导致大范围的最终成分。例如，两者都可以形成具有接近恒星成分的巨行星。然而，低质量的巨行星，与它们的宿主恒星相比富含重元素，更容易用核心吸积模型来解释。行星的最终结构，即，重元素的分布在任何一种地层模型中都没有严格的限制。
2010-10-20 astro-ph.EP
Young Solar System's Fifth Giant Planet?
最近对太阳系形成的研究表明，太阳系的巨行星在原行星盘中形成和迁移，与距离太阳15 AU以内的所有行星达到共振轨道。在气体盘分散之后，天王星和海王星可能被气态巨星分散，并接近它们目前的轨道，同时分散了由微行星组成的跨行星际盘，这些微行星的残骸在被称为柯伊伯带的区域中幸存下来。在这里，我们进行了N体积分的巨行星之间的散射阶段，试图确定哪些初始状态是合理的。我们发现，从四个巨行星的共振系统开始的动力学模拟在匹配巨行星的当前轨道方面具有较低的成功率，以及各种其他约束（例如，类地行星的生存）。如果木星和土星以3：2共振开始，动力学演化通常过于剧烈，并导致最终系统少于四颗行星。有几个初始状态很突出，因为它们在匹配约束时显示出相对较大的成功可能性。一些统计上最好的结果是在假设太阳系最初有五颗巨行星和一颗冰巨星时得到的，它的质量与天王星和海王星相当，被木星弹射到星际空间。这种可能性似乎是可以想象的，因为最近在星际空间发现了大量自由漂浮的行星，这表明行星弹射应该是常见的。
2011-09-13 astro-ph.EP
Inner Planetary System Gap Complexity is a Predictor of Outer Giant Planets
本研究利用KGPS数据发现，拥有外巨行星的内行星系统（至少3颗凌日行星）具有更高的间隙复杂性，表明可通过内系统不规则间距预测外巨行星的存在，且大质量外部行星对内系统演化起重要作用。
2023-06-29 astro-ph.EP
Investigating the Formation of Planets Interior to in situ Hot Jupiters
本研究利用REBOUND N体模拟，探讨热木星及其内部伴星的原位形成可能性，发现高密度行星胚胎输运至短轨道半径时可实现原位形成，为部分观测架构提供解释。
2025-10-15 astro-ph.EP
Planetesimal Dynamics in the Presence of a Giant Planet
行星形成的标准模型解释了行星是如何在单恒星系统的轴对称、无扰动的圆盘中形成的。然而，当其他行星胚胎开始生长时，巨行星可能已经形成。本文研究了气体盘中巨行星扰动下的微行星动力学。我们的目标是了解行星的摄动对行星轨道外巨行星核心形成的影响。我们计算了从$10^{13}$到$10^{20}$ g的微行星的轨道演化，其中一颗质量为5.2 au的行星位于5.2 au。除了平均运动共振（MMR）位置外，我们还发现了分布在$\simeq 9$-15 au的星子的轨道排列。排列的程度随着与行星距离的增加和星子质量的减少而增加。对齐的轨道导致低的相遇速度，从而更快的增长。除了MMR位置之外，质量相同的微行星的典型速度色散是$\sim \mathcal{O}(10)$ $\rm{m\text{ } s}^{-1}$。相对速度随着与行星距离的增加和微行星质量比的减小而减小。当微行星的偏心率矢量在气体阻力和长期扰动下达到平衡时，当两个微行星的质量都在质量谱的较大端时，相对速度变小。我们的研究结果表明，如果一颗巨大的行星嵌入盘中，那么在行星轨道之外的另一颗行星核心的生长可能会在某些位置加速。
2021-06-11 astro-ph.EP
Long term evolution of planetary systems with a terrestrial planet and a giant planet
我们研究了在巨行星引力摄动下类地行星的长期轨道演化。特别是，我们感兴趣的情况下，这两个行星是在同一平面，是相对接近。我们研究了两种可能的配置：巨行星的轨道要么在较小行星的轨道之外，要么在较小行星的轨道之内。将摄动势展开到高阶，得到了地球行星轨道的解析解。分析估计，然后从数值积分的完整的运动方程的结果进行比较，我们发现，分析解决方案的工作相当不错。一个有趣的发现是，新的分析估计大大提高了预测的时间尺度的轨道演变的类地行星相比，八极阶扩展。最后，我们简要讨论了分析估计在天体物理问题中的可能应用。
2016-06-09 astro-ph.EP
Survival of habitable planets in unstable planetary systems
许多观测到的巨行星都位于偏心轨道上。这样的轨道可能是与其他巨行星强烈散射的结果。产生这些散射的动力学不稳定性也可能导致内部轨道上的宜居行星被弹出、摧毁或被运出宜居带。如果一颗宜居行星能够避免抛射和碰撞，并且其轨道保持在宜居带内，我们就说它具有弹性宜居性。在这里，我们模拟岩石行星的轨道演化的行星系，巨行星变得动态不稳定。我们测量可居住行星的弹性，作为观测到的，现在的质量和巨行星轨道的函数。我们发现，宜居行星的存活率在很大程度上取决于巨行星的结构。质量不等的行星系比质量不等的巨行星系更具破坏性。我们还建立了与观测的联系;我们发现，目前偏心率高于0.4的巨行星几乎从来没有一个可居住的内部行星。对于一颗现在离心率为0.2，半长轴为5天文单位的巨行星，它绕着一颗类太阳恒星运行，在宜居带中有50%的轨道对不稳定性有弹性。随着半长轴的增加和离心率的降低，更高比例的可居住行星存活下来并保持可居住状态。然而，如果可居住行星有岩石兄弟姐妹，则存在岩石行星碰撞的重大风险，这将使行星绝育。
2016-08-29 astro-ph.EP
From planetesimals to planets with N-body simulations in the giant-planet formation region
Center for Star and Planet Formation, Globe Institute, University of Copenhagen（哥本哈根大学全球研究所恒星与行星形成中心）
研究通过N体模拟探讨了巨行星形成过程中星子吸积与核心形成的关系，发现星子分布顶部促进多行星系统形成，且碰撞率低，巨行星形成弱依赖初始位置和总质量预算。
2026-03-10 astro-ph.EP
Terrestrial planet formation during giant planet formation and giant planet migration I: The first 5 million years
该研究利用 GENGA 模拟木星、土星生长阶段的类地行星形成，量化星子散射植入、成分混合及盘质量与范围约束。
2024-09-30 astro-ph.EP
The Epoch of Giant Planet Migration Planet Search Program. III. The Occurrence Rate of Young Giant Planets Inside the Water Ice Line
该研究通过85颗年轻G/K矮星的4年RV巡天及注入—恢复完整性校正，测得水冰线内巨行星出现率，支持其数量随年龄增长而非衰减，并约束迁移形成机制。
2025-06-09 astro-ph.EP
Planets Around the K-Giants BD+20 274 and HD 219415
我们目前的发现行星质量的同伴，以两个巨大的恒星正在进行的宾夕法尼亚州-托鲁托行星搜索（PTPS）与9.2米的霍比-埃伯利望远镜。这些恒星中质量较轻的是K5-巨星BD+20 274，它有一颗最小质量为4.2 MJ的行星以578天的周期绕着恒星运行，还有一颗更遥远的伴星，可能是恒星质量。目前最好的围绕K 0巨星HD 219415运行的行星模型指向一个5.7年的恒星偏心轨道，使其成为我们调查发现的最长周期行星。这颗行星的振幅为\sim 18 m/s，与巨星的典型径向速度（RV）“抖动”相当。
2012-07-02 astro-ph.EP
On the mass of gas giant planets: Is Saturn a failed gas giant?
本文提出失控气体吸积需达到约100倍地球质量才启动，并据此认为土星因未达到该阶段而是一颗“失败的巨行星”，同时用该机制解释了木星与土星的成分差异及系外行星的质量-半径关系转变。
2023-06-26 astro-ph.EP
The fate of planetary cores in giant and ice-giant planets
我们使用{ \sl \textup{ab initio} }分子动力学模拟来计算三个潜在核心组分的高压熔化温度。行星轨道是通过在一个三层模型中求解流体静力学方程得到的，该模型经过调整以重现测量到的引力矩。最近开发的{ \sl \textup{ab initio} }状态方程用于包层和芯。我们发现，太阳系的巨行星和冰巨行星的核心是不同的，因为每个物体所遇到的压力-温度条件对应于相图的不同区域。对于木星和土星，结果是兼容的扩散核心和混合的显着部分的金属元素的信封，导致对流和/或双扩散制度。我们还发现，在这些行星的整个生命周期中，它们的固体核心在性质和大小上都有所不同。这两颗巨行星的固体核心并不是原始的，而是随着行星冷却而成核和生长。我们估计，木星的固体核心是3 Gyr，土星是1.5 Gyr。天王星和海王星的情况不那么极端，它们的核心只是部分熔化。为了模拟木星，巨行星和系外行星的内部结构的时间演化，它们的光度，以及潮汐效应在它们生命周期中的演化，核心应该被认为是结晶和生长的，而不是逐渐混合到包层中，因为它的成分是可溶的。
2019-10-01 astro-ph.EP
Giant Planet Formation by Disk Instability
University of Zurich（苏黎世大学）；University of Bern（伯尔尼大学）
本文综述了盘不稳定性模型在解释早期巨行星形成、远距离巨行星及绕M型星系形成的主要贡献。
2026-04-10 astro-ph.EP
On the Terminal Rotation Rates of Giant Planets
在巨型行星形成的核心成核吸积理论的一般框架内，星云物质快速积累的短暂时期促进了大质量气体包层的聚集。虽然角动量的同时积累预计会使新形成的行星以接近解体的速度旋转，但木星和土星以及超木星长周期太阳系外行星的旋转速度远远低于临界速度。在这项工作中，我们证明了一个年轻的巨行星的大光度同时导致产生一个强大的行星磁场，以及热电离的环行星盘。行星内部的磁耦合和圆盘的准开普勒运动导致了行星自转的有效制动，希尔球内气体的流体动力循环起到了将旋转角动量驱逐到星周星云的关键作用。我们的研究结果将早期巨行星和恒星自转置于同一演化框架内，并激励进一步探索巨行星形成最后阶段的磁流体动力学现象。
2018-03-19 astro-ph.EP
The nature of gas giant planets
揭示我们太阳系中气体巨行星的真实性质是具有挑战性的。木星和土星的质量分别是地球质量的318倍和95倍。虽然它们主要由氢和氦组成，但较重元素的总质量和分布仍然未知，这揭示了它们的起源信息。最近对木星和土星的引力场的精确测量，以及对行星材料在高压下的行为的了解，使我们能够更好地约束它们的内部。更新的木星和土星结构模型表明，这两颗行星都有复杂的内部，包括成分不均匀性，非对流区域和模糊的核心。此外，很明显，木星和土星之间存在显着差异，每个巨大的行星都是独一无二的。这对巨型系外行星的特征描述和我们对气态行星作为一类天文物体的理解有直接的影响。在这篇综述中，我们总结了用于模拟巨行星内部的方法和巨行星结构模型的最新进展。
2022-02-21 astro-ph.EP
Puzzling out the coexistence of terrestrial planets and giant exoplanets. The 2/1 resonant periodic orbits
到目前为止，已经发现了数百颗巨行星，在巨行星系统中寻找系外地球变得非常有趣。在这项工作中，我们的目标是解决一个巨大的行星内部的轨道上的地球伴侣可能长期共存的问题，并探讨非共振和共振配置的稳定区域的程度。我们的研究主要集中在限制性三体问题上，其中内部的类地行星（无质量天体）在恒星和外部大质量行星的引力作用下沿圆形或椭圆形轨道运动。利用去趋势快速李雅普诺夫指标作为混沌指标，通过改变外巨行星的偏心率和内类地行星的半长轴，构造了系统的动力学稳定性映射，并确定了系统稳定域的边界.在周期轨道族计算的指导下，相空间被精心选择的稳定周期轨道解开，从而支撑稳定域。我们提供了所有可能的稳定域共面对称的配置和显示，一个类地行星，无论是在平均运动共振或不，可以与一个巨大的行星共存，当后者移动的圆形或（甚至高度）偏心轨道。新的家庭的对称和非对称周期轨道的2/1共振。结果表明，即使两颗行星的轨道都是高度偏心的，一颗内类地行星也可以在共振对称轨道上与一颗巨大的偏心外行星长时间共存。对于22个已探测到的由高偏心率巨行星组成的单行星系统，我们讨论了类地行星存在的可能性。这项研究特别适合于研究已探测到的巨行星系统中的伴星，并有助于改进观测数据。
2018-04-27 astro-ph.EP
The occurrence rate of giant planets orbiting low-mass stars with TESS
我们提出了一个系统的搜索过境巨行星（$0.6 R_{\rm J} \leq R_{\rm P} \leq 2.0 R_{\rm J}$）附近的低质量恒星（$M_{*} \leq 0.71 M_{\odot}$）的轨道。核心吸积行星形成理论预测，低质量恒星周围巨行星的形成是罕见的。我们在TESS 30分钟的节奏测光中搜索了91，306颗低质量恒星，发现了15颗巨行星候选者，其中包括7颗新的行星候选者，这些候选者在我们搜索之前还不是已知的行星或被确定为TOI。我们的候选人提供了一个令人兴奋的机会，以提高我们对最低质量恒星周围巨行星人口的了解。我们进行行星注入回收模拟，发现我们的管道在我们的目标参数空间的大部分具有很高的检测效率。我们测量了在我们的整个样本中不同恒星质量范围内的巨行星与宿主恒星的发生率。我们发现发生率为$0.137 \pm 0.097$ %（0.088 - 0.26 $M_{\odot}$）、$0.108 \pm 0.083$ %（0.26 - 0.42 $M_{\odot}$）和$0.29 \pm 0.15$ %（0.42 - 0.71 $M_{\odot}$）。对于我们的完整样本（0.088 - 0.71 $M_{\odot}$），我们发现巨行星的出现率为$0.194 \pm 0.072$ %。我们已经测量了第一次与$M_{*} \leq 0.4 M_{\odot}$…
2023-03-01 astro-ph.EP
Water and the interior structure of terrestrial planets and icy bodies
水的含量与类地行星和冰质天体的内部演化有着密切的联系。行星系中水的分布受原行星盘的温度结构、微行星和行星胚胎的动力学和迁移控制。这导致了星子和行星胚胎的形成，它们具有各种各样的成分，水含量和氧化程度。内部的演变，特别是星子的形成时间相对于由短命的26铝衰变的辐射加热的时间尺度可能会管理的含水硅酸盐和剩余的岩石-冰混合物的量在其演化的后期阶段。反过来，水含量可能会影响星子的早期内部演化，特别是金属硅酸盐分离过程。此外，水含量可能有助于增加氧逸度，从而影响太阳系天体硅酸盐储层中亲铁元素的浓度。最后，水含量强烈影响冰卫星的分化率，控制其内部演化，并支配其内部深处发生的蚀变过程。
2017-12-20 astro-ph.EP
