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
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
Giant Planet Interior Structure and Thermal Evolution
我们讨论了巨行星的内部结构和组成，以及随着这些行星随着时间的推移冷却和收缩，这种结构如何变化。在这里，我们将巨行星定义为具有可观测到的氢氦包层的行星，其中包括主要由H/He气体组成的类海王星行星，以及主要由比H/He重的元素组成的类海王星行星。介绍了行星物质的状态方程，静态结构模型和热演化模型的建立。我们将这些模型应用于靠近母恒星的凌日行星，以及远离母恒星的直接成像行星。已经假设膨胀的近距离过境行星的半径的机制进行了讨论。我们还回顾了从太阳系巨行星的研究中获得的知识。巨行星物理学的前沿讨论着眼于未来的行星发现。
2009-11-16 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
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
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
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
Positive metallicity correlation for coreless giant planets
发现巨行星的频率随着主恒星金属丰度的增加而迅速增加。这通常被解释为支持核心吸积（CA）理论的证据，该理论认为巨行星是由于形成了一个巨大的固体核心。在引力盘不稳定性（GI）模型框架下，发现了巨行星与金属丰度之间的强正相关关系。这项工作的关键新颖性是“卵石吸积”到GI片段，最近已被证明，以加速收缩GI片段。由于向内的迁移，只有那些足够快地吸积金属的碎片才能坍缩，并在即将到来的潮汐破裂中幸存下来。模拟行星的存活分数与观测到的宿主恒星的金属丰度密切相关。
2014-11-19 astro-ph.EP
Separating gas-giant and ice-giant planets by halting pebble accretion
在太阳系中，巨行星有两种类型：“气态巨行星”（木星和土星），有大量的气体外壳;“冰态巨行星”（天王星和海王星），其核心周围的外壳要薄得多。人们对这两类行星是如何形成的知之甚少。在原行星盘的生命周期内，形成巨行星核心所必需的高固体吸积率，加热了包层，阻止了气体快速收缩到核心上，除非吸积停止。我们发现，事实上，卵石（~厘米大小的粒子）的吸积是自我限制的：当核心变得足够大时，它会在卵石盘上刻出一个缺口。卵石吸积的停止随后触发了超临界气体包层的快速坍缩。与气体巨星相反，冰巨星没有达到这个临界质量，只能结合低质量的包裹层，这些包裹层被升华的冰卵石中的水蒸气高度富集。这为太阳系中气态巨星和冰巨星之间的成分差异提供了一个解释。此外，相对于小行星驱动的吸积的情况下，我们的模型允许核心的形成和信封的吸引力在光盘的寿命，只要在原行星盘的固体主要是在鹅卵石。我们的研究结果意味着，行星系的外部区域，在那里停止卵石吸积所需的质量是大的，是由冰巨人和气体巨人系外行星在广泛的轨道是由超过50个地球质量的固体富集。
2014-08-26 astro-ph.EP
The Weihai Observatory search for close-in planets orbiting giant stars
已知行星绕巨星运行，但在0.5天文单位（P<100天）内的行星数量不足。初升的巨星还没有膨胀到足以吞没这样的行星，但是潮汐力可以把行星带到恒星表面，远远超出恒星半径。所以问题仍然存在：这些恒星中的潮汐力是否足够强大，足以吞没所有失踪的行星？本文介绍了山东大学威海天文台一个获得亮巨星径向速度的高频差观测计划。我们目前的行星主机Beta Gem（HD 62509）的数据，确认我们有能力获得准确和精确的速度，我们的数据实现了7.3米/秒的均方根开普勒轨道拟合。这个行星搜索计划目前每年接收约100个夜晚，使我们能够积极地追求短周期行星，以确定它们是否真的不存在。
2015-07-22 astro-ph.EP
Gravitational scattering by giant planets
我们试图通过它们的引力散射特性来描述巨行星系统。我们对一个给定的系统做这一点，通过将它与大量最初处于偏心宜居带（HZ）交叉轨道的假设小天体一起进行数值积分。我们的分析产生了一个单一的数字，逃逸率，它代表了小天体通量被巨行星扰动到不再对HZ内的类地行星构成威胁的轨道的速率。以这种方式获得逃逸率类似于计算最大李雅普诺夫指数作为两个附近轨道的指数发散率。对于HZ内的类地行星，逃逸率值量化了所研究的巨行星系统提供的“保护”效果。因此，逃逸率可以提供某些巨行星配置是否比其他行星更适合生命生存的信息。我们提出了一些计算逃逸率选定的行星系，侧重于不同的质量和半长轴的巨行星的影响。就我们的太阳系而言，我们发现相当令人惊讶的是，木星在其目前的轨道上，可能会为地球提供最低限度的保护。
2014-02-28 astro-ph.EP
Seismic Oscillations Excited by Giant Impacts in Directly-Imaged Giant Planets
本研究通过模拟表明，巨行星形成过程中的巨大撞击可激发持续数百万年的地震振荡，其测光变化幅度超百分之一，并可通过JWST在绘架座β星b上探测到，为验证行星内部金属富集机制提供新途径。
2025-09-09 astro-ph.EP
The Gap-Giant Association: Are Planets Hiding in the Gaps?
本文研究了同时拥有内部多凌日行星和外部巨行星的系统中缝隙的成因，发现缝隙中可存在典型小行星而保持动力学稳定，但外部巨行星引力不足以使其轨道倾斜至阻止凌日，从而否定了特定理论。
2025-07-17 astro-ph.EP
The interplay between pebble and planetesimal accretion in population synthesis models and its role in giant planet formation
本研究通过混合卵石-星子模型揭示，两种吸积机制并存会抑制巨行星形成，而晚期星子吸积加热延迟气体吸积，结合内向迁移导致形成近距离冰质亚海王星。
2023-04-25 astro-ph.EP
Kepler-108: A Mutually Inclined Giant Planet System
包括太阳系在内的绝大多数被充分研究的巨行星系统几乎是共面的，这意味着原始气体盘内的耗散。然而，固有的不稳定性可能导致行星与行星之间的散射，这通常会产生非共面的偏心轨道。行星散射理论已经被发展来解释观测到的高偏心率系统和热彗星;到目前为止，它们对相互倾斜（I）的预测几乎没有得到检验。在这里，我们描述了一个高度相互倾斜（I ~ 15-60度），中等偏心（e >~ 0.1）的巨行星系统：开普勒-108。这个系统由两颗大约土星质量的行星组成，它们的周期分别为~49天和~190天，围绕着一颗恒星和一颗宽的（~ 300天文单位）双星伴星，其轨道配置与纯粹的盘迁移起源不一致。
2016-06-14 astro-ph.EP
Rapid formation of Gas Giant Planets via Collisional Coagulation from Dust Grains to Planetary Cores
气体巨行星，如木星、土星和巨大的系外行星，是通过气体吸积到固体核心上而形成的，每个固体核心的质量大约是地球的十倍。然而，由于盘-行星相互作用的快速径向迁移阻止了通过星子吸积形成如此巨大的核心。通过卵石吸积的相对快速的核心增长需要非常巨大的原行星盘，因为大多数卵石落入中央恒星。虽然星子的形成、行星的迁移和气体巨星核心的形成已经被研究了很多，但从尘埃到行星的完整演化路径仍然不确定。在这里，我们报告的结果完全模拟的碰撞演化从尘埃到行星在整个磁盘。真实孔隙度的尘埃生长允许在内盘（> 10 au）形成冰冷的星子，而在外盘形成的鹅卵石漂移到内盘并在那里生长成星子。这些小卵石生长成星子抑制了它们的径向漂移，并在核心附近可持续地供应小星子。这使得在行星迁移之前，在20万到40万年内迅速形成足够大的行星核心。我们的模型显示，第一颗气态巨行星在2-7天文单位时形成于相当常见的原行星盘中，与系外行星和太阳系一致。
2021-10-03 astro-ph.EP
Changes in the metallicity of gas giant planets due to pebble accretion
我们运行数值模拟来研究气体和尘埃颗粒在嵌入巨大原行星盘中的气体巨行星上的吸积。结果被发现取决于光盘冷却速率，行星质量，晶粒大小和来自行星的辐射反馈。如果辐射冷却是有效的，行星会迅速吸积气体和卵石，打开一个缺口，通常会变成大质量的棕矮星。在冷却效率低下的情况下，气体太热而不能在行星上吸积，但卵石吸积继续，行星迅速向内迁移。来自行星的辐射反馈倾向于抑制气体吸积。我们的模拟预测，金属富集的行星尘埃颗粒吸积与最终的行星质量呈负相关，根据观测到的趋势，推断散装组成的太阳系和太阳系外巨行星。然而，为了解释观测结果，大约30-50%的尘埃质量应该是大颗粒的形式。
2018-02-28 astro-ph.EP
Erosion of icy cores in giant gas planets
使用从头算模拟，我们研究水冰是否在巨行星的核心是稳定的，或者它是否溶解到上面的金属氢层中。通过吉布斯自由能的计算，我们发现，当压力在10 ~ 40毫巴之间时，冰-氢界面在温度高于3000 K时是不稳定的，这远远低于木星和土星核-幔边界的温度，即10000 K的量级。这意味着太阳系和太阳系外巨行星的核心至少部分受到侵蚀。
2011-11-27 astro-ph.EP
Regular Radial Velocity Variations in Nine G- and K-type Giant Stars: Eight Planets and One Planet Candidate
我们报告的径向速度变化的检测在9个演化的G-和K-型巨星。这些观测是在冈山天体物理观测站进行的。行星或行星候选者可以最好地解释这些规律性的变化。然而，其中五颗恒星的近280天变化的巧合使我们无法完全排除某些变化的恒星起源，因为所有九颗恒星的恒星性质都相似。在RV变星的行星假说中，行星（包括一颗候选行星）可能存在于演化恒星周围所谓的“行星沙漠”边界附近，轨道周期在255至555天之间。此外，它们也是在G型和K型巨星周围发现的质量最小的巨行星，最小质量在0.45 $M_{\rm{J}}$和1.34 $M_{\rm{J}}$之间。我们进一步研究了我们检测的其他假设，但没有一个能更好地解释规则的RV变化。通过我们的探测，我们确信，G-和K-型巨星的振幅低至15 $\rm{m\ s^{-1}}$的长达一年的规则变化是可探测的。此外，我们进行了模拟，以进一步确认这些恒星周围行星的可探测性。最后，我们探索了中等质量恒星周围的巨行星，同样发现了4木星质量差距（例如Santo et al. 2017），这可能是巨行星种群的边界。
2021-12-14 astro-ph.EP
Formation of Giant Planets
本综述探讨了气态巨行星的形成问题，综合了最新理论进展，分析了航天器探测与系外行星观测带来的新约束，并讨论了星子假说改进及超级地球发现对气体吸积理解的新挑战。
2025-04-05 astro-ph.EP
