Probing the Extent of Vertical Mixing in Brown Dwarf Atmospheres with Disequilibrium Chemistry
许多T型和Y型矮星大气中的垂直混合导致化学不平衡的证据已经被推断为CO和NH $_3$的混合比增强。行星和褐矮星的大气模型通常用垂直涡流扩散系数$K_{\rm zz}$来描述这种垂直混合现象。虽然$K_{\rm zz}$在大气对流区中也许可以用混合长度理论来近似，但在辐射区中，垂直混合的强度在许多数量级上是不确定的。用一个新的网格的自洽一维模型大气从$T_{\rm eff}$的400 - 1000 K，计算与一个新的辐射对流平衡Python代码PICASO 3.0，我们的目标是评估如何分子丰度和相应的光谱可以被用作探针的深度依赖的$K_{\rm zz}$。在一个给定的表面重力，我们发现非单调行为的CO丰度作为$T_{\rm eff}$的函数，化学丰度有时淬火在两个潜在的大气对流区，或淬火在两个可能的辐射区。温度结构和化学猝灭行为也随重力的变化而变化。我们比较我们的模型与可用的近红外和M波段光谱的几个T和Y矮星，并评估其大气垂直混合配置文件。我们还比较了颜色-星等图，并对JWST谱进行了预测。这项工作产生了新的限制，并指出了未来的重大收益，在确定$K_{\rm zz}$，在亚恒星大气中的基本大气参数，化学和云建模的重要影响。
2022-08-30 astro-ph.EP astro-ph.SR
Effects of Latent Heating on Atmospheres of Brown Dwarfs and Directly Imaged Planets
对褐矮星的观测越来越多，为这些天体上存在强烈的大气环流提供了证据。直接成像的行星也有类似的观测结果，可以被视为低重力版本的褐矮星。通过观测和理论研究推断，它们大气中化学物质的凝结循环活跃，与凝结有关的潜热加热预计在形成大气环流和影响云斑方面很重要。我们提出了一个定性的描述的机制，冷凝潜热加热影响的循环，然后说明他们使用一个理想化的一般循环模型，其中包括一个凝结周期的硅酸盐与潜热加热和分子量效应，由于雨的冷凝物。在适合典型T矮星的条件下进行的模拟显示了局部风暴和东西向喷流的发展。风暴在空间上是不均匀的，在几小时到几天的时间尺度上演变，并从凝结层垂直延伸到对流层顶。棕矮星被活跃风暴覆盖的部分面积很小。基于一个简单的分析模式，我们定量地解释了湿烟羽的面积分数，并显示其依赖于辐射时间尺度和对流有效位能。我们预测，如果潜热加热占主导地位的云的形成过程中，云的覆盖面积的分数减少的光谱型经历的L/T转换从高到低的有效温度。这是辐射时标和对流有效位能随光谱型变化的自然结果。
2017-01-10 astro-ph.EP astro-ph.SR
Atmospheric Circulation of Brown Dwarfs: Jets, Vortices, and Time Variability
各种各样的观测证据表明，褐矮星表现出活跃的大气环流。在这项研究中，我们使用一个浅水模式来研究全球大气动力学在分层层覆盖在这些快速旋转的物体上的对流区。我们发现，大气环流的存在和性质关键取决于关键参数，包括能量注入率和辐射时间尺度。在强内部热通量和弱辐射耗散条件下，由于大气湍流与行星自转的相互作用，自发出现了由东西向急流组成的带状流型。相反，当内部热通量较弱和/或辐射耗散较强时，注入大气的湍流在自组织成射流之前就会衰减，从而导致由瞬态涡流和各向同性湍流主导的流动。模拟结果对强迫形式不太敏感。基于喷流主导和涡旋主导之间的转换位置，我们认为，许多棕矮星可能会表现出由涡旋和湍流（而不是喷流）主导的大气环流，由于这些世界上的强辐射阻尼，但喷流结构也是可能的，在某些现实条件下。我们模拟的光变曲线捕捉到了观测到的褐矮星红外光变曲线的重要特征，包括百分之几的振幅变化和在单峰和多峰结构之间波动的形状。更广泛地说，我们的工作表明，浅水系统提供了一个有用的工具来阐明这些世界的动态的基本方面。
2014-05-07 astro-ph.EP
Atmospheres of Brown Dwarfs
褐矮星是迄今为止已知的最冷的恒星天体。我们目前的看法是，褐矮星遵循恒星形成的原则，并且褐矮星与行星有许多共同的特征。作为已知最暗和质量最低的恒星，褐矮星也是已知最冷的恒星。这对它们的光谱指纹有着深远的影响。褐矮星覆盖了一个有效温度范围，这使得褐矮星的大气层是一个序列，逐渐从类似M矮星的光谱变成类似行星的光谱。这进一步意味着，在低于2800 K的有效温度下，云已经在标记M矮星和棕矮星之间边界的物体的大气中形成。最近的发展引发了人们对这种非常冷的大气中等离子体过程的兴趣：在完全对流边界上观察到零星和静止的无线电发射与衰减的X射线活动指标相结合。
2014-11-06 astro-ph.EP astro-ph.HE astro-ph.SR
Tidal evolution of planets around brown dwarfs
由于褐矮星的类地行星形成区域非常靠近，因此围绕褐矮星（BD）运行的行星的潮汐演化是一个有趣的案例研究。事实上，BD的宜居带范围约为0.001至0.03 AU，质量最低的BD位于罗氏极限的内部。与恒星相比，BDs随着年龄的增长而旋转。因此，共转距离向内移动。这对BD周围行星的潮汐演化具有重要意义。我们使用了一个标准的平衡潮汐模型来计算一个大的合奏行星BD系统的轨道演化。我们测试了许多参数的影响，如初始半长轴和偏心率，BD的旋转周期，BD和行星的质量，以及潮汐耗散因素。我们发现，所有的行星，形成在或超过共转距离和初始偏心率小于\sim 0.1被排斥的BD。一些最初在同转轨道内部的行星，如果它们向内的潮汐演化比BD的自旋演化慢，则可以存活下来，但大多数最初靠近BD的行星会落在BD上。我们发现，潮汐演化的最重要的参数是相对于共转距离的初始轨道距离。有些行星可以在宜居带中生存一个亿年的时间尺度，尽管在许多情况下，宜居带向内移动，仅仅在几十到几百亿年的时间内就超过了行星的轨道。幸存的行星的轨道周期可能小于10天（小至10小时），因此它们可以通过凌日观测到。
2011-09-13 astro-ph.EP astro-ph.SR
Rotational spectral modulation of cloudless atmospheres for L/T Brown Dwarfs and Extrasolar Giant Planets
棕矮星的旋转光谱调制（分光光度变化）通常被解释为大气中存在不均匀云层的迹象。本文旨在探讨温度波动在这些光谱调制中的作用。这些波动可以自然地出现在对流大气中，受到非绝热过程的影响，如复杂的化学反应，即最近提出的解释L/T转变的机制：CO/CH 4辐射对流。我们使用1D辐射/对流代码ATMO与ad-hoc修改的温度梯度模型的旋转光谱调制2 MASS 1821，2 MASS 0136，和PSO 318.5-22。对2 MASS 1821、2 MASS 0136和PSO 318.5-22的调制的光谱亮暗比进行建模表明，大多数光谱特性可以单独通过温度变化来再现。此外，不同波长之间的近似反相关变化可以很容易地解释为大气中温度梯度的变化，这是我们期望从CO/CH 4辐射对流解释L/T转变的结果。从一个确切的反相关的偏差，然后可以解释为一个相移类似的热点移动不同的带通在大气中的热超导体。我们的结果表明，云不透明度和温度变化的旋转光谱调制是简并的。探测云的直接光谱特征，例如10微米处的硅酸盐吸收特征，将有助于确认云的存在及其对光谱调制的贡献。未来的研究着眼于具有和不具有硅酸盐吸收特征的物体的光谱调制的差异，可能会给我们一些关于如何区分云不透明度波动和温度波动的见解。
2020-09-14 astro-ph.EP astro-ph.SR
Tides and Tidal Engulfment in Post-Main Sequence Binaries: Period Gaps for Planets and Brown Dwarfs Around White Dwarfs
一个接近的低质量伴星的存在被认为在形成后渐近巨分支和行星状星云外流中扮演了重要的，也许是必要的角色。在主序星后的演化过程中，主星的径向膨胀，伴随着强烈的恒星风，可以通过潮汐耗散和质量损失显著改变双星轨道。为了研究这一点，我们耦合恒星演化模型（从零年龄的主序列通过结束后的主序列）的潮汐演化代码。双星的命运取决于主星和伴星的初始质量、初始轨道（假设为圆形）和赖默斯质量损失参数。对于这些参数的范围内，我们确定轨道是否扩大由于质量损失或衰减由于潮汐力矩。当一个共同的包络（CE）相位包络时，我们根据解开包络所需的能量来估计最终的轨道间隔。这些计算预测了行星和棕矮星伴星到白矮星的周期间隔。间隙的上端是避免CE阶段的最短时间段。低端是同伴在CE阶段存活的最长时间。对于二元系统与1 $M_\odot$祖，我们预测没有周期$\lesssim$ 270天的质量的同伴。一旦被吞没，质量为100亿的伴星就无法在CE阶段存活下来。对于由1个$M_\odot$祖先和质量为木星10倍的伴星组成的双星系统，我们预测周期间隔在$\sim$ 0.1和$\sim$ 380天之间。这些结果与在围绕白矮星WD 0137-349的$\sim$ 0.003天文单位（$\sim$ 0.08天）轨道上探测到的$\sim$ 50 $M_{\rm J}$褐矮星和在围绕白矮星GD 66的$\gtrsim$ 2.7天文单位（$\gtrsi…
2010-08-09 astro-ph.EP astro-ph.SR
On the Cool Side: Modeling the Atmospheres of Brown Dwarfs and Giant Planets
褐矮星或太阳系外巨行星的大气层控制着物体发出的辐射光谱，并调节其随时间的冷却。虽然对这些大气层的研究是根据几十年来模拟恒星和行星大气的经验进行的，但这些物体的独特特征对正演模拟提出了独特的挑战。特别是，由富含分子的大气、分子不透明度谱线列表（有时达到100亿吸收谱线或更多）、多个云形成冷凝物和不平衡化学过程产生的复杂化学过程，所有这些结合在一起，为任何建模工作创造了一个具有挑战性的任务。本文介绍了将这些复杂性纳入一维辐射对流平衡模型的亚恒星物体的过程。我们讨论了基本的数学以及用于模拟物理，化学，辐射转移，和其他相关的理解这些大气过程的技术。审查的重点是大气模式的创建过程，并简要介绍了一些模式预测数据的比较。审查的最后是该领域目前的挑战和对未来的一些评论。
2014-10-23 astro-ph.EP astro-ph.SR
Non-radial oscillations mimicking a brown dwarf orbiting the cluster giant NGC 4349 No. 127
针对星团巨星 NGC 4349 No. 127 的径向速度变化，本文提出低振幅逆行偶极非径ial振荡模型，结合 HARPS 光谱模拟，成功解释了观测变化并否定了褐矮星伴星假说。
2024-07-31 astro-ph.EP astro-ph.SR
Observations of Disequilibrium CO Chemistry in the Coldest Brown Dwarfs
冷棕矮星是广泛分离的气体巨系外行星的极好类似物，并提供了对我们可能在未来直接成像调查发现的物体中遇到的潜在大气化学和物理学的深入了解。我们提出了一个低分辨率R $\sim$ 300 $M$波段光谱序列的7个棕矮星与木星的有效温度之间的750 K和250 K。这些光谱揭示了由大气淬火产生的一氧化碳（CO）的不平衡丰度。我们使用涡动扩散系数（K $_{zz}$）来估计每个物体中垂直混合的强度。较冷的气态物体的K $_{zz}$值接近其理论最大值，较暖的物体显示较弱的混合，可能是由于主要辐射层中的对流混合效率较低。由CO导出的K $_{zz}$值意味着在所有的棕矮星中都很容易观察到不平衡的磷化氢（PH $_{3}$），但还没有任何证据表明PH $_{3}$吸收。我们发现，氨是相对不敏感的大气淬火在这些有效的温度。我们能够提高适合WISE 0855的$M$波段光谱包括CO和水云的大气模型。
2020-04-28 astro-ph.EP astro-ph.SR
Lithium Enrichment in a Subgiant Star with a Brown Dwarf Companion: A Planetary Engulfment Candidate
University of Michigan（密歇根大学）；University of Wisconsin–Madison（威斯康星大学麦迪逊分校）；Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）；University of California, Santa Cruz（加州大学圣克鲁兹分校）；Texas Advanced Computing Center, University of Texas, Austin（德克萨斯大学奥斯汀分校高级计算中心）；University of Wisconsin-Whitewater（威斯康星大学惠特沃分校）
研究通过分析亚巨星TOI-5882的锂含量，验证了行星吞噬理论，发现其锂富集可能源于吞噬了一颗超级地球至海王星质量的行星。
2026-05-20 astro-ph.EP astro-ph.SR
The Discovery of Solar-like Activity Cycles Beyond the End of the Main Sequence?
对于靠近恒星主序较冷端的天体的长期磁性行为，人们知之甚少。大多数关于这些超冷矮星（光谱类型>=M7恒星和棕矮星）磁性产生的理论研究表明，它们的磁场在强度和方向上都不会改变。使用极化无线电发射测量他们的磁场方向，我证明了这些凉爽，低质量，完全对流的对象似乎经历类似于那些发生在太阳上的磁极反转。这种强大的新技术可能表明，太阳显示的磁活动模式继续存在，尽管这些物体的内部完全对流，这与内部发电机产生磁场的几种主要理论相矛盾。
2016-09-25 astro-ph.EP astro-ph.IM astro-ph.SR
The Sonora Brown Dwarf Atmosphere and Evolution Models I. Model Description and Application to Cloudless Atmospheres in Rainout Chemical Equilibrium
我们提出了新一代的亚恒星大气和演化模型，适用于L，T和Y型棕矮星和自发光太阳系外行星的研究。大气模型描述了辐射对流平衡时大气的预期温度-压力廓线和出射光谱，有效温度和重力在$200\le T_{\rm eff}\le2400\,\rm K$和$2.5\le \log g \le 5.5$范围内。这些范围包含了一组金属丰度（$[{\rm M/H}] = -0.5$到$+0.5$）、碳氧比（太阳的0.5到1.5倍）和年龄，质量从0.5到85木星质量不等。演化表描述了这些亚恒星物体随时间的冷却。这些模型扩展了目前可用的模型大气的多样性，特别是更冷的有效温度和更大的C/O范围。与过去的这种模式相比，值得注意的改进包括更新的不透明度和大气化学。在这里，我们描述了我们的建模方法，并提出了我们最初的一批模型的无云，化学平衡的气氛。我们比较建模的光谱，光度学，和各种数据集的演变。
2021-07-15 astro-ph.EP astro-ph.SR
Fingering convection and cloudless models for cool brown dwarf atmospheres
这项工作旨在提高目前对褐矮星大气层的理解，特别是具有光谱类型T和Y的冷矮星，其建模是当前的挑战。硅酸盐云和铁云被认为在L/T转换的光球层消失，但无云模型无法正确再现T矮星的光谱，主张增加更多的物理，例如其他类型的云或内能传输机制。我们使用一维（1D）辐射/对流平衡程序ATMO来研究这个问题。该代码包括平衡和非平衡化学，并始终解决PT结构。包括的不透明度源是H2-H2、H2-He、H2O、CO、CO2、CH 4、NH3、K、Na和TiO、VO（如果它们存在于大气中）。我们表明，如果考虑垂直混合和NH3猝灭，Y矮星的光谱可以用无云模型精确再现。与无云模式相比，T型矮星的光谱仍然有些红化，例如J - H型.稍微降低大气中的温度梯度就可以重现这种变红现象。我们建议，这种减少稳定的温度梯度在这些层中，导致较冷的结构，是由于开始的指状对流，引发的不稳定的影响冷凝的非常薄的灰尘。
2015-04-13 astro-ph.EP astro-ph.SR
Clouds and Chemistry Across the Brown Dwarf T-Y Sequence: Insights from JWST Atmospheric Retrievals
Ludwig Maximilian University（路德维希-马克西米利安大学）；University of Bern（伯尔尼大学）；ARTORG Center for Biomedical Engineering Research, University of Bern（伯尔尼大学ARTORG生物医学工程研究中心）；University College London（伦敦大学学院）；University of Warwick（华威大学）
研究利用JWST大气检索分析T-Y序列棕矮星，发现云层和化学不平衡现象，揭示了温度与大气成分的关系。
2026-01-18 astro-ph.EP astro-ph.SR
Measuring and Replicating the 1-20 um Energy Distributions of the Coldest Brown Dwarfs: Rotating, Turbulent and Non-Adiabatic Atmospheres
冷的、低质量的、有磁场的褐矮星对于限制恒星质量函数的终点和优化系外行星的大气研究都很重要。2020年，这些物体的新模型网格可用：Sonora-Bobcat和ATMO 2020。此外，还宣布了新的冷棕矮星候选者，并发表了λ ~4.8 μ m的新光谱观测结果。在本文中，我们提出了一些最冷的棕矮星的新的红外测光，并把新的数据和模型一起探索这些对象的属性。我们再次确认在这些大气中混合的重要性，这导致CO和NH_3丰度不同的数量级从化学平衡值。我们还证明，对于冷于600 K的棕矮星，新模型在2 <λ μ m <~ 4时与观测值的偏差系数大于~3。我们首次证明了6颗260 ≤ T_eff K ≤ 475的棕矮星的全部1 <~ λ um <~ 20的能量分布可以很好地用包括不平衡化学和偏离标准辐射/对流平衡值的光球温度梯度的模型大气再现。这种压力-温度分布的变化对于受非绝热过程影响的旋转和湍流大气来说并不意外。一个有限的网格的修改后的模型颜色的生成，并用于估计温度和金属丰度为目前已知的Y矮星。附录中给出了此处使用的光度数据汇编。
2021-07-01 astro-ph.EP astro-ph.SR
The LHS 1678 System: Two Earth-Sized Transiting Planets and an Astrometric Companion Orbiting an M Dwarf Near the Convective Boundary at 20 pc
我们介绍了LHS 1678（TOI-696）系外行星系统的TESS发现，该系统由两颗近似地球大小的凌日行星和一颗可能的天体测量棕矮星组成，该棕矮星以19.9 pc的速度绕着一颗明亮的（$V_J$ =12.5，$K_s$ =8.3）M2矮星运行。TESS探测到的两颗行星半径分别为0.70 $\pm$ 0.04 $R_\oplus$和0.98 $\pm$ 0.06 $R_\oplus$，轨道周期分别为0.86天和3.69天。这两颗行星都是通过地面跟踪观测进行验证和定性的。HARPS RV监测得出行星b和c的97.7百分位质量上限分别为0.35 $M_\oplus$和1.4 $M_\oplus$。由CTIO/SMARTS 0.9米探测器探测到的天体测量伴星的轨道周期约为几十年，无法通过其他手段探测到。额外的地面观测限制了伴星是一颗高质量的棕矮星或更小。每颗行星都有独特的兴趣;内行星有一个超短的周期，外行星位于金星带。这两个都是有前途的目标，大气特性与JWST和质量测量通过极端精确的径向速度。在多周期TESS数据中还确定了半径为0.9 $\pm$ 0.1 $R_\oplus$的第三颗行星候选者，其轨道为4.97天，供未来工作验证。主恒星与赫罗图中较低的主序中的一个观测到的间隙有关。这个差距与M矮星内部从部分对流到完全对流的转变有关，而相关的恒星天体物理学对系外行星演化的影响目前尚不清楚。这…
2022-04-14 astro-ph.EP astro-ph.SR
A non-grey analytical model for irradiated atmospheres. II: Analytical vs. numerical solutions
最近的发现和表征的多样性的大气层的系外行星和褐矮星要求的快速和准确的分析模型的发展。我们量化的准确性，在文件I中推导出的辐射，非灰色大气的分析解决方案，通过比较它的国家的最先进的辐射转移模型。然后，使用一个网格的数值模型，我们校准我们的分析模型的不同系数的照射太阳组成的大气的巨大的系外行星和褐矮星。我们发现，所谓的爱丁顿近似用于解决的辐射场的角度依赖性导致相对误差高达5%的温度分布。我们表明，对于现实的非灰色行星大气，对流区的存在下，延伸到光学深度小于团结可能会导致辐射温度分布的变化的顺序上的20%或更多。当对流区位于较深的水平（如强烈辐射的热对流层）时，它对辐射大气的影响较小。我们表明，在光学强吸收剂，如TiO或VO引起的温度反演主要是由于非灰色的热效应降低上层大气冷却的能力，而不是增强吸收的恒星光之前认为。最后，我们提供了一个函数的形式，我们的太阳组成的巨型系外行星和褐矮星的分析模型的系数。这就产生了完全解析的辐照大气压力-温度分布，在重力为2.5 m/s^2 ~ 250 m/s^2、有效温度为100 K ~ 3000 K的条件下，相对精度优于10%。这是对常用的爱丁顿边界条件的一个很大的改进。
2014-11-07 astro-ph.EP astro-ph.SR
Impact of a new H/He equation of state on the evolution of massive brown dwarfs. New determination of the hydrogen burning limit
我们探讨了最新的稠密氢氦混合物状态方程（EOS）（Chabrier \& Debras 2021）对极低质量恒星和棕矮星（BD）演化的影响，该方程考虑了氢和氦物种之间的相互作用。这些相互作用修改的H/He混合物的热力学性质，特别是熵，这些完全对流机构的首要数量，而且发病和整个身体的退化的发展。这转化为更快的冷却速率，即对于给定的质量和年龄，更冷的等熵线，因此对于给定的有效温度和光度，比以前基于EOS的模型更大的褐矮星质量和更小的半径。这意味着，质量和年龄在$M\lesssim 0.1\,\msol$，$τ\gtrsim 10^8$ yr范围内的物体，其有效温度较低，光度较暗。面对这些新的模型与几个观测确定的BD动力学质量，我们表明，这提高了进化模型和观测之间的协议，并解决了至少部分的动态质量测定和进化模型的属性之间观察到的差异。稠密H/He状态方程的这种改进的一个值得注意的结果是，它产生了更大的H燃烧最小质量，现在发现是$0.075\,\msol$（$78.5\,\mjup$）与太阳金属丰度的ATMO大气模型。这些更新的褐矮星模型是公开的。
2022-12-14 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.SR
Latest Results from the DODO Survey: Imaging Planets around White Dwarfs
简并天体周围的简并天体巡天（DODO）的目的是通过直接成像在白矮星周围的宽轨道上寻找质量很低的棕矮星和太阳系外行星。直接探测到这些伴星将允许对温度低于（< 500 K）的物体进行光谱研究，这些物体的温度低于目前观测到的最冷的棕矮星。在白矮星周围发现行星将证明这类天体能够在恒星演化的最后阶段幸存下来，并对其祖先周围的行星系的频率施加限制（质量在1. 5 - 8 M* 之间，即，早B到中F）。越来越多的行星质量伴星在年轻的主序星周围的宽轨道上被直接成像。例如，HR 8799和1 RXS J160929.1 - 210524周围的行星分别在24 - 68 AU和330 AU的宽轨道上。DODO巡天有能力直接对这些系统的主序后类似物中的行星进行成像。这些会议记录介绍了我们对邻近白矮星进行的多历元J波段共同自行巡天的最新结果。
2011-02-02 astro-ph.EP
Survival of satellites during the migration of a Hot Jupiter
Université de Genève（日内瓦大学）；Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics（哈佛-史密松天体物理中心）；UniDistance Suisse（瑞士远程大学）；California Institute of Technology（加州理工学院）；Universität Bern（伯尔尼大学）
研究发现，热木星迁移过程中卫星的生存取决于低潮汐耗散和高卫星质量，且需初始轨道距离足够远。
2025-10-12 astro-ph.EP
Atmospheric variability driven by radiative cloud feedback in brown dwarfs and directly imaged extrasolar giant planets
越来越多的观测证据表明，棕矮星（BD）和太阳系外巨行星（EGP）的大气层中存在活跃的气象学。特别是，一些调查表明，近红外亮度变化在L型和T型矮星中很常见。尽管前期研究对造成大气变率的主要原因大气动力学有了初步的认识，但对大气变率的详细机制仍不清楚，需要寻求一种自然的、自洽的机制。云通过大的不透明度在塑造这些大气的热结构和光谱特性方面很重要，我们预计诱导大气变化也是如此。在这项工作中，使用一个随时间变化的一维模型，结合了自洽耦合之间的热结构，对流混合，云辐射加热/冷却和冷凝/蒸发的云，我们表明，辐射云反馈可以驱动自发的大气变化的温度和云结构的条件下，适合BD和直接成像EGP。在有效温度下，典型的变化周期为一到几十小时，典型的变化幅度高达数百开尔文。变异性的存在在很宽的参数空间范围内是稳健的，但变异性的详细演变对模型参数敏感。我们的新的，自洽的机制具有重要的影响，所观察到的通量变化的BD和直接成像EGPs，特别是那些在短时间尺度的演变。这也是一个很有前途的云破裂机制，已被提出来解释棕矮星的L/T转变。
2019-03-21 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.ao-ph
Following the Lithium: Tracing Li-bearing Molecules Across Age, Mass, and Gravity in Brown Dwarfs
锂是理解超冷矮星的重要元素，因为它在质量超过$\sim 68\, M_{\rm J}$时会在聚变中丢失。因此，锂原子的存在与否可以作为附近氢燃烧边界的指标，该边界位于棕矮星和极低质量恒星之间的$75\,M_{\rm J}$附近。历史上，“锂测试”，即在670.8 nm处寻找Li线的存在和强度，一直是一个标记，如果一个物体具有类似恒星的光谱能量分布的亚恒星质量（例如，晚型M矮星）。虽然Li测试原则上也可以用来区分L-T型矮星的质量，但Li主要不再以原子气体的形式存在，而是以分子形式存在，如LiH、LiF、LiOH和LiCl。L型和T型棕矮星在670 nm处也非常微弱，因此对高分辨率光谱学具有挑战性。但直到最近才有实验分子线列表可用于分子Li物种，允许分子Li质量歧视。在这项研究中，我们生成了这些含锂分子的最新不透明度，并对这些分子的丰度进行了热化学平衡大气成分计算。最后，我们计算了一系列多云和无云褐矮星大气的辐射对流平衡模型的热发射光谱（$T_{\rm eff}=$ 500- 2400 ~K，和$\log g$ =4.0，4.5，5.0），以了解大气中含锂物质的存在或不存在最容易检测到的褐矮星质量和年龄的函数。在原子Li之后，发现在$10.5-12.5$ ~ \micron处的最佳光谱特征是LiF，在$14.5-18.5$ $\micron$处的最佳光谱特征是LiCl。LiH在$\s…
2021-06-01 astro-ph.EP astro-ph.SR
Atmospheric Dynamics of Hot Giant Planets and Brown Dwarfs
在过去的十年里，地面和航天器的望远镜观测，加上密集的建模工作，大大提高了我们对热巨行星和褐矮星的理解。虽然这些物体都是流体，氢的世界与分层的大气覆盖对流内部，他们表现出令人印象深刻的多样性的大气行为。热彗星的辐射很强，大量的观测资料限制了昼夜温差、环流和云量。强烈的恒星辐射，假定的潮汐锁定和适度的旋转导致了一个新的制度强昼夜辐射强迫。环流模型预测了大的昼夜温差，全球尺度的涡旋，斑片状云，在大多数情况下，在赤道-赤道超旋转处有一个快速向东的急流。温暖的彗星可能会表现出广泛的旋转速率，旋转率和轨道偏心率，这与较弱的辐射一起导致环流模式和可观测到的特征预测与热彗星有很大不同。褐矮星是典型的孤立的、快速旋转的世界;它们向太空辐射巨大的能量流，并在内部剧烈对流。它们的大气在区域到全球尺度上呈现出云和温度的斑块状，这是大尺度大气环流调制的结果。尽管缺乏辐射，这种环流可以通过内部对流与上覆大气的相互作用，以及由于云动力辐射反馈的自组织斑块来驱动。最后，受辐射的褐矮星有助于弥合这两类物体之间的差距，经历强烈的外部辐射以及强烈的内部对流。一个层次的建模方法已经产生了重大的新的见解的动态管理这些现象。
2020-08-03 astro-ph.EP astro-ph.SR
PICASO 4.0: Clouds and Photochemistry in Climate Models of Brown Dwarfs and Exoplanets
University of Texas at Austin（德克萨斯大学奥斯汀分校）；NASA Ames Research Center（美国国家航空航天局艾姆斯研究中心）；SETI Institute（搜寻地外文明研究所）；Arizona State University（亚利桑那州立大学）；Dordt University（多尔特大学）；Space Science Institute（空间科学研究所）；University of Arizona（亚利桑那大学）；University of California Santa Cruz（加州大学圣克鲁兹分校）；University of St Andrews（圣安德鲁斯大学）；University of Bristol（布里斯托大学）；Carnegie Institution for Science（卡内基科学机构）；California Institute of Technology（加州理工学院）
PICASO 4.0通过整合Virga进行自洽云模型、改进挥发性物种的雨出和冷 trapping 处理以及支持光化学，扩展了气候模型的模拟能力，以应对近期JWST观测揭示的非平衡化学和云现象。
2026-03-17 astro-ph.EP astro-ph.IM astro-ph.SR
3.8um Imaging of 400-600K Brown Dwarfs and Orbital Constraints for WISEP J045853.90+643452.6AB
晚T型和Y型棕矮星发出的一半能量出现在3.5 <λ um < 5.5。本文介绍了在北双子座望远镜上对9颗晚T和Y矮星测得的新的L'（3.43 <λ um < 4.11）测光，并对另外两颗矮星的光谱合成了L'。目标包括两个二元系统，其以0.25”的分辨率成像。其中之一，WISEP J045853.90+643452.6AB，显示了显着的运动，我们提出了一个天体测量分析的二进制使用哈勃太空望远镜，凯克自适应光学，双子座图像。我们比较了λ ~ 4 μ m的观测值和模型，发现对于温度低于~ 700 K的褐矮星，模型的通量太低。这种差异随温度的降低而增大，在T_eff= 500 K时约为2倍，在T_eff= 400 K时约为4倍。加热模型大气的上层，产生的光谱更接近于观测到的光谱。在辐射-对流边界之上的冷褐矮星大气的热结构可能无法用纯辐射平衡来模拟;相反，热可能是由热化学不稳定性（先前建议的L-到T-型转变）或破坏重力波（先前建议的太阳系巨行星）引入的。一维模型可能无法捕获这些大气，这些大气可能具有水平和垂直压力/温度变化。
2019-08-21 astro-ph.EP astro-ph.SR
The Strongest Magnetic Fields on the Coolest Brown Dwarfs
我们使用了NSF的Karl G。Jansky甚大阵列（VLA）观测了5颗已知的射电发射晚期L型和T型矮星的样本，年龄在0.2 - 3.4 Gyr之间。我们对每个目标观察了7个小时，扩展到比以前尝试的更高的频率，并对最大表面磁场强度建立了相应的更高限制。在8 - 12 GHz的圆偏振脉冲的检测产生3.2 - 4.1 kG的本地磁场的测量我们的四个目标，包括原型云变量和可能的行星质量对象T2.5矮SIMP J 01365663 +0933473。我们还检测到T6.5矮2 MASS 10475385+2124234的15 - 16.5 GHz脉冲，对应于局部5.6 kG场强。对于相同的对象，我们试探性地检测到一个16.5 - 18 GHz的脉冲，对应于本地化的6.2 kG的场强。我们测量了2 MASS J10430758+2225236、2 MASS J12373919+6526148和SDSS J 04234858 -0414035的旋转周期在~1.47 - 2.28小时之间，支持（i）一个新的共识，即快速旋转对于在对流发电机中产生强偶极场可能很重要和/或（ii）快速旋转是驱动当前极光无线电发射系统的关键因素。我们观察到的证据，我们的目标的时间尺度短于旋转周期的频率依赖性时间序列的可变结构，这表明在当前系统的棕矮星表面附近的变化程度较高。最后，我们发现，年龄，质量和温度一起不能解释我们…
2018-08-07 astro-ph.EP astro-ph.SR
Dynamically coupled kinetic chemistry in brown dwarf atmospheres -- II. Cloud and chemistry connections in directly imaged sub-Jupiter exoplanets
本研究利用三维Exo-FMS通用环流模型耦合动力学化学、云形成和光谱辐射传输方案，模拟直接成像亚木星系外行星，揭示了云和化学对大气温度结构的复杂反馈，并生成时间相关光谱以研究大气变化性。
2024-02-15 astro-ph.EP astro-ph.SR
Physical Parameters and Properties of 20 Cold Brown Dwarfs in JWST
本研究利用JWST光谱数据结合Sonora Elf Owl和ATMO2020++模型分析了20颗冷褐矮星，发现模型对表面重力估计影响显著，并推导了其半径、质量和年龄等物理参数。
2024-09-28 astro-ph.EP astro-ph.SR
JWST detection of methane emission from a young brown dwarf
The Pennsylvania State University（宾夕法尼亚州立大学）；European Space Agency, European Space Astronomy Centre（欧洲空间局，欧洲空间天文中心）；Museum of Natural History（自然历史博物馆）；Department of Physics, The Graduate Center City University of New York（纽约城市大学研究生院物理学系）；Spectros Associates
本研究利用JWST高分辨率光谱在年轻褐矮星LRL 11001中首次探测到3.33微米甲烷发射，并发现3.4微米吸收带源于大型烷烃，推测垂直混合导致光球层CH4减少而烷烃增多，CH4在上层大气中产生发射。
2026-09-28 astro-ph.EP astro-ph.SR
The theory of globulettes: candidate precursors of brown dwarfs and free floating planets in H II regions
在年轻的星团周围的H II区域已经观察到大量的小的不透明尘埃云--被Gahm等人称为“小球状体”。由于质量通常在行星（或低质量褐矮星）范围内，这些天体在某些区域（例如玫瑰星云）数量如此之多，如果只有一小部分最终会坍缩，那么它们将是自由漂浮行星的重要来源。在这里，我们回顾了小球状体的性质，并提出了一个理论框架，它们的结构和演化。我们证明，它们的内部结构是很好地描述了由压力限制等温Bonnor-Ebert球和所观察到的质量-半径关系（质量近似成比例的半径平方）是一个系统的后果列密度阈值低于该组件的globulette没有确定。我们还发现，这种内部结构的globulettes是非常稳定的H II区域内的崩溃。我们遵循Gahm等人的假设，小球是从支柱的尖端分离出来的，这些支柱从与扩展的H II区域接壤的扫起的外壳中伸出，并为它们的动力学产生一个模型，发现小球最终会撞击外壳。我们推导出一个表达式的时间，它需要这样做，并表明，通过尘埃冷却的能量耗散允许所有globulettes生存这种遭遇和逃避到更广泛的ISM。一旦到了那里，周围的压力下降，它们在30-300 kyr的时间尺度上分散，应该可以用ALMA观察到一个秒差距的距离。由于我们发现小球状体是稳定的，它们可能仍然形成棕矮星或行星的唯一途径是在它们与壳碰撞或其他剧烈的微扰事件中。
2014-10-16 astro-ph.EP astro-ph.SR
EXOPLINES: Molecular Absorption Cross-Section Database for Brown Dwarf and Giant Exoplanet Atmospheres
恒星、亚恒星和行星大气模型都对输入不透明度高度敏感。各种最先进的恒星/行星模型之间的世代差异主要是因为不完整和过时的原子/分子线列表。在这里，我们提出了一个数据库的预先计算的吸收截面的所有同位素的关键大气分子相关的晚型恒星，棕矮星，和行星大气：MgH，AlH，CaH，TiH，CrH，FeH，SiO，TiO，VO和H2O。计算的不透明度的压力和温度范围在10 $^{-6}$-3000巴和75- 4000 K之间，在可能的情况下，它们的光谱范围在0.25-$μ$ m之间。对于没有压力加宽数据的情况，我们使用碰撞理论来弥合差距。我们还探讨了在超热木星和M-矮星大气的背景下，从不同的线列表计算的吸收截面的影响。使用1-D自洽的辐射-对流热化学平衡模型，我们报告显着的变化，在理论光谱和温度分布的亚恒星大气。与2000 K代表性的超热木星，我们报告的变化高达320和80 ppm的透射和热发射光谱，分别。对于一个3000 K的M-矮星，我们发现的差异高达125 $\%$的光谱。我们发现，最显着的差异出现由于TiO线列表的选择，主要低于1 $μ$ m。总之，我们提出了（1）一个预先计算的分子吸收截面数据库，（2）量化由于线列表差异而在表征亚恒星/系外行星大气时出现的偏差，因此突出了正确和完整的不透明度对于最终应用于高精度光谱学和光度学的重要性。
2021-04-01 astro-ph.EP astro-ph.SR
A Systematic Trend in the Observed vs. Predicted Radii of Transiting Brown Dwarfs
University of Wisconsin–Madison（威斯康星大学麦迪逊分校）
该研究通过对比31个凌行褐矮星的观测与预测半径，发现存在半径相关的膨胀趋势，否定恒星加热为主要原因，该趋势或影响直接成像行星质量估计。
2026-08-31 astro-ph.EP astro-ph.SR
A new set of atmosphere and evolution models for cool T-Y brown dwarfs and giant exoplanets
我们提出了一套新的太阳金属丰度大气和非常冷的棕矮星和自发光巨型系外行星的演化模型，我们称之为ATMO 2020。大气模型是用我们最先进的一维辐射对流平衡程序ATMO生成的，并用作表面边界条件来计算$0.001-0.075\,\mathrm{M_{\odot}}$对象的内部结构和演变。我们的模型包括几个关键的改进，在以前的模型中使用的输入物理在文献中。最值得注意的是，使用一个新的氢-氦状态方程，包括从头计算量子分子动力学计算，提高了质量的$\sim1-2\%$在恒星亚恒星边界，并改变了冷却轨道周围的氢和氘燃烧的最小质量。第二个关键的改进涉及我们的大气模型ATMO中更新的分子不透明度，它现在包含了更多的线过渡，需要准确地捕捉这些热大气中的不透明度。这导致大气温度结构变暖，进一步改变了冷却曲线和亚恒星物体的预测发射光谱。我们提出了显着的改进碰撞增宽钾共振双峰的治疗，并强调这些线在塑造红光学和近红外光谱的棕矮星的重要性。我们生成三个不同的网格模型模拟，一个使用平衡化学和两个使用非平衡化学由于垂直混合，所有三个计算自洽与大气的压力-温度结构。我们展示了垂直混合对发射光谱和颜色星等图的影响，突出了$3.5-5.5\,\mathrm{μm}$通量窗口如何可用于校准冷T-Y光谱类型对象中的垂直混合。
2020-03-30 astro-ph.EP astro-ph.SR
Fates of the sub-stellar objects (FOSSO) I. Fates of the known brown dwarfs in main-sequence--BD binaries
Sun Yat-sen University（中山大学）；Yunnan Observatories, Chinese Academy of Sciences（中国科学院云南天文台）；University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学）
研究主序星-褐矮星双星在宿主星进入白矮星阶段后的演化及最终命运，通过比较模型预测与观测数据，预测未探测到的系统存在。
2026-03-18 astro-ph.EP astro-ph.SR
Ionisation in atmospheres of Brown Dwarfs and extrasolar planets II Dust-induced collisional ionization
观测结果表明，在光谱类别M之后的单一低质量物体中，连续的无线电发射以及零星的H-α和X射线发射都很突出。这些活动的签名被解释为是由电离的大气耦合到恒星磁场。然而，仍然令人困惑的是，这样一个凉爽的大气层能够产生必要水平的电离的机制。在如此低的温度下，热气体过程不足，但云的形成开始。云粒子可以作为电子雪崩的种子在流光电离周围的气体，并可能导致闪电和间接的磁场耦合，一个组合的过程也预计原行星盘。然而，前提是云粒子是带电的。我们使用的结果从漂移凤凰模型大气研究碰撞过程。我们表明，电离的诱导尘埃尘埃碰撞是最有效的动力学过程。尘埃与尘埃的碰撞本身并不足以改善云层内部大气的磁耦合，但是颗粒上或气相中作为分离电子提供的电荷可以触发二次非线性过程。宇宙射线可能会增加全球的电离水平，但如果像棕矮星那样存在强大的大规模磁场，它们的影响就会减弱。我们认为，虽然热气体电离下降的对象在整个完全对流边界，碰撞过程中的尘埃充电可以发挥重要作用，在最低质量的对象。因此，大气尘埃的出现可能与大气中的异常X射线和无线电发射有关，这些大气是冷的，但由于纯热电离而比预期的要多。
2011-05-23 astro-ph.EP astro-ph.HE astro-ph.SR
Foretellings of Ragnarök: World-engulfing Asymptotic Giants and the Inheritance of White Dwarfs
在白矮星周围寻找行星，以及以大气污染和星周盘的形式存在的动力学不稳定性的证据，提出了关于行星系的性质的问题，这些行星系可以在渐近巨星分支（AGB）的变迁中幸存下来。我们研究了竞争的影响，在几个AU的行星从恒星，强大的潮汐力所产生的恒星的大对流信封，和行星的轨道膨胀，由于恒星质量损失。我们，第一次，研究行星的演化，同时遵循AGB上的每个热脉冲。对于类木行星来说，潮汐力很强，并且可以在1 M_Sol恒星的约3 AU和5 M_Sol恒星的约5 AU处将行星拉入包络。质量较低的行星感受到较弱的潮汐力，最初在1.5-3 AU范围内的类地行星进入恒星包层。因此，在最大恒星半径内开始的低质量行星可以生存，因为它们的轨道由于质量损失而扩大。包含一个中等的行星偏心率稍微加强了类木行星所经历的潮汐力。偏心的类地行星风险更大，因为它们的偏心率不会衰减，而且它们的近心点很小，把它们带进了恒星的包层。我们还找到了在白矮星周围发现行星的最近半径，假设任何进入恒星包层的行星都被摧毁了。在这种情况下，行星不太可能被发现在大约1.5天文单位的白矮星与1 M_Sol的祖先和大约10天文单位的白矮星与5 M_Sol的祖先。
2012-12-05 astro-ph.EP astro-ph.SR
The SPHINX M-dwarf Spectral Grid. I. Benchmarking New Model Atmospheres to Derive Fundamental M-Dwarf Properties
在我们的太阳系和银河系附近，大约70-80%的恒星是M矮星。相对于太阳型恒星，它们跨越一系列低质量和低温度，促进了整个大气层的分子形成。标准的恒星大气模型主要是为FGK恒星设计的，在表征冷恒星光谱中的宽带分子特征时面临挑战。本文介绍了一个新的一维自洽辐射-对流热化学平衡模型SPHINX，它计算了M矮星低分辨率（R~250）的大气和光谱网格。我们将最新的预先计算的吸收截面与压力增宽的主要分子在晚K，早期/主序星。然后，我们验证我们的网格模型获得的基本属性（Teff，log（g），[M/H]，半径和C/O）为10个基准M+G双星已知的主机金属丰度和10 M矮星干涉测量角直径。利用高斯过程推理工具海星，我们占相关和系统噪声在低分辨率（光谱拼接的SpeX，SNIFS，和STIS）的观测，并获得强大的估计基本M矮大气参数。此外，我们评估了光球异质性对获得的[M/H]的影响，并发现它可以解释一些观测偏差。我们还探讨了模型假设的对流混合长度参数是否会影响推断的半径，有效温度和[M/H]，并再次发现这可能解释干涉测量观测和模型推导的恒星参数之间的差异较冷的M矮星。主要是，我们展示了利用低分辨率M矮星光谱中宽带分子吸收特征的独特优势，并展示了改善系外行星宿主和晚期棕矮星同伴基本特性约束的能力。
2022-06-23 astro-ph.EP astro-ph.SR
Orbital Decay of Short-Period Exoplanets via Tidal Resonance Locking
大部分已知的系外行星的轨道周期都很短，主恒星内的重力波的潮汐激发导致行星的轨道衰减。我们研究潮汐共振锁定的影响，其中行星锁定到潮汐激发恒星引力模式的共振。由于恒星的重力模式频率通常会随着恒星的演化而增加，行星的轨道频率也会同步增加，这可能会导致比其他潮汐理论预测的更快的轨道衰减。由于非线性模式阻尼，类太阳恒星的共振锁定可能只适用于低质量行星（$M \lesssim 0.1 \, M_{\rm Jup}$），但在具有对流核心的恒星中，它可能适用于所有行星质量。共振锁定的轨道衰变时间尺度通常与恒星的主序星寿命相当，对应的有效恒星品质因数（$10^3 \lesssim Q' \lesssim 10^9$）范围很广，取决于行星的质量和轨道周期。我们对几个单独的系统进行了预测，并研究了共振锁定和非线性波耗散引起的轨道演化。我们的模型演示了短周期大质量行星如何被非线性模式阻尼迅速摧毁，而短周期低质量行星可以生存，即使它们通过共振锁定进行了大量的向内潮汐迁移。
2021-07-31 astro-ph.EP astro-ph.SR
Rapid expansion of red giant stars during core helium flash by waves propagation to the envelope and implications to exoplanets
我们假设低质量红巨星支（RBG）星核心氦闪期间的强对流激发了传播到包层的波，发现这些波在包层中沉积的能量导致了包层膨胀和增亮。我们的假设和波能量的估计是基于探索这样一个过程的研究，由于大质量恒星在经历核心坍缩超新星爆炸之前的剧烈核心对流。使用恒星演化代码MESA，我们发现，波能量导致膨胀在几年内数十至数百太阳半径。尽管有很大的增亮，我们预计半径和光度的增加将大大增加质量损失率和尘埃形成。尘埃使恒星变得更红（对红外线），在可见光下恒星可能变得更暗。总体外观是一个持续数月至数年的微弱红色瞬态事件。我们认为，在某些情况下，包层膨胀可能会导致即将离开RGB的恒星吞噬系外行星。扩展的包层具有较小的结合能，在一定程度上允许几个木星质量或更多的行星和棕矮星在共同的包层演化中幸存下来。我们提出这个方案来解释行星绕白矮星WD 1856 +534（TIC 267574918）和WD -棕矮星双星系统ZTFJ 003855.0 +203025.5。
2021-06-01 astro-ph.EP astro-ph.SR
BEBOP VIII. SOPHIE radial velocities reveal an eccentric, circumbinary brown dwarf
本研究利用SOPHIE高分辨率光谱仪观测发现BEBOP-4系统中存在一颗质量约20.9倍木星质量的偏心轨道环双星褐矮星，该系统轨道处于稳定边缘，为研究环双星行星形成及共包层后双星演化提供了重要样本。
2025-10-29 astro-ph.EP astro-ph.SR
JWST color sequence of transiting exoplanets and directly imaged substellar objects
Johns Hopkins University（约翰斯·霍普金斯大学）；Space Telescope Science Institute（太空望远镜科学研究所）；University of California, Santa Cruz（加州大学圣克鲁兹分校）；JHU Applied Physics Laboratory（约翰斯·霍普金斯大学应用物理实验室）
本研究利用JWST等数据构建统一色-星等图序列，揭示凌日行星与亚恒星天体的大气化学差异，发现重力而非辐照主导甲烷特征，为检验大气模型提供了统一图谱。
2026-08-27 astro-ph.EP astro-ph.SR
The DODO Survey II: A Gemini Direct Imaging Search for Substellar and Planetary Mass Companions around Nearby Equatorial and Northern Hemisphere White Dwarfs
简并天体周围的简并天体巡天（DODO）的目的是通过直接成像在白矮星周围的宽轨道上寻找质量很低的棕矮星和太阳系外行星。直接探测到这样的伴星将允许光谱研究温度比目前观测到的最冷的褐矮星低得多（< 500 K）的物体。这些超低质量的亚恒星天体的光谱型可能大于T8.5，因此可能属于Y矮星光谱序列。探测到白矮星周围的行星将证明这种物体可以在恒星演化的最后阶段幸存下来，并限制其祖先周围的行星系的频率（质量在1.5 - 8个太阳质量之间，即，早B到中F）。本文介绍了对23颗赤道附近和北半球白矮星进行的多历元J波段共同自行巡天观测结果。我们排除了任何常见的自行同伴的存在，从每次观察的完整性极限确定的限制质量，18个白矮星。对于剩下的五个目标，白矮星的运动与每个视场中不运动的背景物体没有充分分离。这些目标需要额外的观测，以最终排除任何共同的自行同伴的存在。从我们的完整性限制，我们初步建议，< 5% of white dwarfs have substellar companions with effective temperatures >500 K之间的预计物理分离60 - 200 AU。
2009-01-05 astro-ph.EP astro-ph.SR
