Can habitable planets form in clustered environments?
我们目前的观测证据环境对行星系统的形成和演化的影响。我们结合目录的解决原行星盘（PPD）和年轻的恒星物体在太阳附近分析PPD的大小分布作为周围恒星密度的函数。通过对不同密度下的PPD半径进行Kolmogorov-Smirnov检验，我们发现了经验证据，在>97%的置信水平下，当周围恒星密度大于10^{3.5} pc^{-2}时，PPD半径分布会发生变化。这与一个简单的理论估计相吻合的截断PPD或行星系统的动力遇到。如果这种一致是因果关系，那么PPD和行星系统的持续破坏限制了行星在宜居带中存在的可能性，在更高的宿主恒星质量和环境密度下，行星的寿命更短。因此，可居住的行星不太可能存在于长寿的星团中，它们可能已经被完全抛出，形成了一群未结合的自由漂浮的行星。我们的结论是，虽然高度提示，我们的结果应该通过其他方法进行验证。我们简单的模型表明，截断应导致一个可测量的PPD质量函数，可以检测到ALMA观测附近的dennis和年轻的集群耗尽。
2012-10-14 astro-ph.EP astro-ph.SR
Theoretical Studies of Comets in the 55 Cancri System
我们目前的轨道积分的各种木星家族彗星（JFC）在55 Cancri系统。已知这颗恒星拥有（至少）五颗行星，质量从超级地球到彗星型不等。此外，根据观测限制，在~0.8 au和~5.7 au之间存在一个没有行星的空间，提供了可居住的类地行星的主要可能性，包括长期轨道稳定性。因此，在55 Cnc系统中研究彗星有一个明显的动机，即彗星被视为向位于恒星宜居带的地球型行星输送水的可行候选机制。然而，我们的研究表明，在55 Cnc系统的JFC类似物的稳定性的持续时间要短得多相比，在太阳系由于系统的行星结构的深刻差异的彗星。例如，在行星55 Cnc-f和55~Cnc-d之间，彗星不会经历类似于地球和火星在太阳系中的近距离彗星相遇，因为55 Cnc系统中的行星质量比太阳系中的大得多，因此彗星的轨道稳定性要差得多。尽管如此，我们预计在0.8 / 5.7天文单位的间隙中，彗星与行星的相遇以及彗星碰撞的数量会增加。未来的观测和额外的理论研究需要阐明55 CNC系统中可居住的类地行星的可能性，包括系外彗星在促进行星可居住性方面的可能作用。
2020-06-02 astro-ph.EP astro-ph.SR
Stellar encounters with giant molecular clouds
巨分子云（GMC）被认为会影响行星的生物圈，因为它们的宿主恒星穿过它们。我们模拟银河系中恒星和GMC的轨迹，并确定恒星通过GMC的频率。我们发现一个很强的银心半径，并与垂直于银河系平面的速度，$V_z$递减的依赖性。恒星运动学加热的\textit{XY}分量被证明不影响GMC命中率，不像\textit{Z}依赖性（$V_z$）意味着恒星随着年龄的增长击中更少的GMC。GMC是恒星形成的位置，因此我们也确定了恒星在超新星附近经过的频率。对于超新星来说，随着$V_z$的下降是陡峭的，因为恒星通过GMC的速度决定了超新星相遇的概率。然后，我们整合了一组类似太阳的轨迹，以了解对太阳的影响。我们发现，太阳击中$1.6\pm1.3$ GMCs每Gyr的结果在$1.5\pm1.1$或（与聚类校正）$0.8\pm 0.6$超新星接近10 pc每Gyr。不同的超新星频率来自于是否将每个GMC交叉（几百万年）的多颗超新星视为单独的事件。然后我们讨论了GMC撞击对奥尔特云的影响，以及吸积对地球气候的影响，我们还讨论了遥远超新星的记录。最后，我们确定银河系的宜居带使用我们的模型。对于薄盘，我们发现它位于5.8-8.7 kpc之间，对于厚盘，位于4.5-7.7 kpc之间。
2019-03-22 astro-ph.EP astro-ph.GA
Habitability in Different Milky Way Stellar Environments: a Stellar Interaction Dynamical Approach
每一个银河系的环境都以恒星密度和速度色散为特征。有了这些文献中的信息，我们模拟了几个银河系区域的飞越遭遇，数值计算恒星轨迹以及磁盘中粒子的轨道;我们的目的是了解典型恒星飞越对银河系行星（碎片）磁盘的影响。对于太阳附近，我们检查了已知距离，自行和径向速度的邻近恒星。我们发现，在接下来的800万年内，对太阳行星盘的干扰性撞击是极不可能的;对奥尔特云的扰动似乎也是不可能的。然而，目前对太阳系附近恒星的全相空间的了解相当贫乏，因此我们不能排除存在一颗比我们拥有完整运动学信息的恒星更有可能接近的恒星。我们研究了在更拥挤的恒星环境（如星团）中恒星的宜居带内恒星相遇对行星轨道的影响。我们发现，在疏散星团中，宜居带不容易被破坏;如果它们在不到108年的时间内蒸发，情况就是如此。对于较旧的集群，结果可能不一样。我们特别研究了已知最古老的疏散星团梅西耶67的情况，并展示了这种环境对碎片盘的影响。我们还考虑了球状星团、星系核和星系膨胀棒的条件。我们计算了奥尔特云是否存在于这些银河系环境中的概率。
2013-06-03 astro-ph.EP
Exocomets in the Proxima Centauri system and their importance for water transport
冰质小行星和彗星对水的输送情况和效率仍然是行星系最重要的未解决问题之一。对太阳系外彗星动力学的更好理解将提供有关彗星水库的信息，并深入了解水的运输，特别是对宜居带行星的运输。探测到在这个系统的宜居带移动的Proxima Centauri-b（PCb），引发了关于这个星球是否适合居住的争论。在这项工作中，我们专注于系统中另一颗行星的稳定性和小型天体的水运输。我们进行了大量的N体模拟与PCB和外部奥尔特云一样的水库彗星。我们调查与地球的近距离接触和碰撞，这对水的运输很重要。观测者发现了第二颗周期超过60天的行星的迹象。我们的动力学研究表明，在这个系统中的两颗行星是稳定的，即使是更大质量的第二颗行星（~12个地球质量）。此外，我们进行模拟，包括系外彗星，第二颗行星，和二进制阿尔法半人马座的影响。对系外彗星动力学的研究表明，水输运的外部极限约为200天文单位。此外，我们表明，水的运输将是可能的，从一个接近的星子云（1-4 au）。从我们的模拟，基于典型的M星原行星盘，我们估计的水团输送到行星多达51个地球海洋。
2018-08-07 astro-ph.EP
The Habitability of the Galactic Bulge
我们提出了一个新的调查银河系隆起的可居住性，扩大了以前的研究银河系宜居带。我们讨论了现有的知识，在凸起，金属丰度和岩石行星，轨道稳定性和遭遇的可能频率的丰富的行星，以及行星周围的中央超大质量黑洞的可能性。我们专注于两个方面，可以提出实质性的差异，相对于在磁盘中的环境：（一）电离辐射环境，由于中央黑洞的存在和最高速率的超新星爆炸和（ii）推定的lithopanspermia机制恒星系统之间的生命扩散的效率。我们使用分析模型的恒星密度在隆起提供估计的灾难性事件的发生率和扩散的时间尺度的生命在星际距离。
2020-08-04 astro-ph.EP astro-ph.GA
The habitability and detection of Earth-like planets orbiting cool white dwarfs
由于有几种方式行星可以生存的巨大阶段的主恒星，我们研究的可居住性和检测行星轨道白矮星。当一颗白矮星从6000 K冷却到4000 K时，一颗在0.01 AU轨道上运行的行星将在连续宜居带（CHZ）中停留约8 Gyr。我们表明，光合作用过程可以在这样的行星上持续。CHZ中类地行星的DNA加权紫外辐射剂量小于地球上遇到的最大值，因此非磁性白矮星与复杂生命的持久性是相容的。冷白矮星CHZ中的类地行星所引起的偏振比典型M矮星（类太阳恒星）的宜居带中的大10^2（10^4）倍。因此偏振测量法是探测白矮星附近岩石行星的可行方法。多波段偏振测量还可以揭示行星大气层的存在，提供第一个特征。0.6 M太阳白矮星CHZ中的行星将被罗氏几何扭曲，开普勒-11 d类似物将过度填充其罗氏瓣。以目前的设备，一颗超级地球大小的无大气行星可以用偏振测量法在已知最亮的冷白矮星周围探测到。计划中的未来设施使较小的行星可被探测到，特别是通过提高仪器在蓝色区域的灵敏度。
2012-07-26 astro-ph.EP astro-ph.SR
Planetary systems in a star cluster I: the Solar system scenario
年轻的恒星大多数是在致密的恒星环境中发现的，甚至我们自己的太阳系也可能是在一个星团中形成的。在这里，我们数值探索的行星系的演变类似于我们自己的太阳系的星团。我们研究了星团中行星系的演化。大多数恒星相遇是潮汐的、双曲线的和绝热的。一小部分行星系在5000万年内从星团逃逸;逃逸速度较低的行星系统在逃逸过程中和之后通常保持完整。虽然星团内的大多数行星系保持完整，但在前5000万年期间，一个子集受到强烈扰动。随着时间的推移，0.3%-5.3%的行星会逃逸，有时会在恒星相遇后长达数千万年。木星的存活率最高，而天王星和海王星的逃逸率最高。除非直接受到恒星相遇本身的影响，木星经常作为一个屏障，保护类地行星免受外部行星系的扰动。在低密度环境中，木星提供保护，使其免受外部行星系的扰动，而在高密度环境中，邻近恒星对木星的直接扰动会破坏可居住带行星。存在于5000万年前的星团中的行星系之间以及逃逸的行星系之间的多样性很高，这有助于解释在星团和银河系中观测到的系外行星系统的高度多样性
2019-08-21 astro-ph.EP astro-ph.SR
Star Hoppers: Planet Instability and Capture in Evolving Binary Systems
许多行星在恒星双星系统中被观测到，它们的频率可能与单星周围的行星系相当。双星系统中的恒星演化影响着行星的动力学演化。在这里，我们研究的是在一个不断发展的双星系统中，一颗行星围绕一颗恒星运行的演化过程。我们发现，恒星演化可以触发动力学不稳定性，驱动行星进入混乱的轨道。这种不稳定性导致行星与恒星碰撞，双星之间的行星交换（“星跳跃”），以及行星从系统中弹射出来。重新捕获行星的方法类似于不规则太阳系卫星的下拉捕获机制。由于行星经常与渐近巨星分支上的主星近距离接触，因此在与恒星包层碰撞时也有可能被捕获。这样的捕获可以使白矮星周围的宜居带充满。
2012-04-10 astro-ph.EP astro-ph.SR
Future trajectories of the Solar System: dynamical simulations of stellar encounters within 100 au
本研究通过 N-body 模拟评估了近距离恒星掠过对太阳系行星演化的影响，发现有约92%概率行星维持现状，但存在引发水星或地球毁灭等轨道不稳定性及地球被抛射或捕获的可能。
2023-11-20 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.pop-ph
Planet formation and long-term stability in a very eccentric stellar binary
针对极端偏心双星TOI 4633，研究通过N体模拟提出逆行轨道与科里奥利力可稳定宜居带气态巨行星，并据此约束其捕获或原地形成历史。
2025-01-09 astro-ph.EP astro-ph.SR
The Effect of Seafloor Weathering on Planetary Habitability
传统上，一个可居住的行星是一个可以支持液态水在其表面。适居性取决于温度，而温度是由日照和温室效应决定的，主要是由于二氧化碳和水蒸气。二氧化碳水平因火山释气而增加，并因大陆和海底风化而减少。在这里，我使用一个包括两种风化类型的全球平均气候模型来研究类地行星的气候演变。气候对大陆和海底风化的相对贡献很敏感，即使总风化率是固定的。气候还在很大程度上取决于海底风化对二氧化碳分压的依赖性。这两个因素都是不确定的。类地行星有两种平衡的气候状态：（i）无冰状态，其中释气由两种风化类型平衡，（ii）冰覆盖状态，其中释气仅由海底风化平衡。第二个问题以前没有详细探讨过。对于一些行星来说，这两种状态都不存在，气候在冰覆盖和无冰状态之间循环。对于其他一些行星，两种平衡都存在，气候取决于初始条件。由于恒星演化，日照会随着时间的推移而增加，所以行星通常会先遇到被冰覆盖的平衡。这样的行星将保持被冰覆盖，即使随后出现无冰状态，除非气候受到大的扰动。冰覆盖的平衡态覆盖了类地行星相空间的很大一部分。许多通常被分配到恒星的宜居带的行星可能因此变得不适合居住。
2020-05-18 astro-ph.EP
Planetary protection in the extreme environments of low-mass stars
最近的研究结果表明，目前在寻找类地行星的主要目标M矮星（dM）的磁场与太阳的磁场在拓扑结构和强度上都有很大的不同。特别是，环绕在dM恒星的宜居带（HZ）的行星周围的磁化环境可能与地球周围的环境有很大的不同。这些极端的磁场可以压缩行星的磁层，以至于行星大气的很大一部分可能会暴露在恒星风的侵蚀之下。利用观测到的15 dM恒星的表面磁图，我们研究了强烈的恒星磁场引起的行星磁层压缩的最小程度。我们发现，假设类地行星与类似的地球磁化（~1G）在这些恒星的HZ的内（外）边缘的轨道将提出磁层延伸到最多6.1（11.7）行星半径。为了维持地球大小的磁层，类地行星要么需要在比传统的赫兹极限更远的轨道上运行;要么，如果它在生命承载区域内运行，它将需要一个从几个G到几千个G的最小磁场。
2013-10-02 astro-ph.EP astro-ph.SR
Long-term stability of planets in and around binary stars
行星被观测到在所谓的环主星或环副星轨道上围绕恒星双星系统的组成恒星运行，以及在所谓的环双星轨道上围绕整个双星系统运行。根据双星系统的轨道参数，如果行星的轨道在环主星情况下半长轴的某个临界距离内，或者在环双星情况下超过某个临界距离，那么行星将是动力学稳定的。我们提出了N-体模拟恒星形成的地区，包含人口的原始二进制确定的分数的二进制系统，可以主机稳定的行星在不同的半长轴，以及如何这部分稳定的系统随着时间的推移而演变。在恒星形成区的动力学碰撞可以改变某些双星系统的轨道，从而导致行星系的长期动力学不稳定，甚至可以改变组成恒星的宜居带的大小。然而，能够容纳稳定行星系的双星的总体比例并不受假设的双星数量或恒星形成区密度的影响。相反，决定银河系中有多少稳定的行星系的关键因素是恒星双星的比例--在恒星托儿所中以单身形式出生的恒星越多，稳定的行星系的比例就越高。
2021-08-17 astro-ph.EP astro-ph.SR
The Habitability of Proxima Centauri b I: Evolutionary Scenarios
我们分析了可能适合居住的行星Proxima Centauri b的演变，以确定影响其长期可居住性的环境因素。我们认为物理过程的大小尺度范围从银河系恒星系统的行星的核心。我们发现，比邻星很有可能与它的伴星半人马座阿尔法星A和B相遇，它们足够接近，足以破坏一个扩展的行星系的稳定。如果该系统有一个额外的行星，如发现数据所示，那么它可能会扰动行星b的偏心率和倾角，甚至在存在强大的潮汐阻尼的情况下，也可能将这些参数驱动到非零值。我们还模拟了行星的内部演化，评估了不同放射性丰度和潮汐加热的作用，发现磁场的产生可能持续数十亿年。我们发现，如果行星b在原地形成，那么它在失控的温室中经历了1.69亿+/-1300万年，因为恒星在其形成期间收缩。这一早期阶段可能会带走相当于现代地球海洋5倍的水，可能会产生大量非生物氧气。另一方面，如果Proxima Centauri b形成时有大量的氢大气（占行星质量的0.01 - 1%），那么这个包层可能会保护水足够长的时间，使其在被吹走之前保留下来。在对这一广泛的过程进行建模后，我们得出结论，在主恒星的主序前阶段，水的滞留是Proxima b可居住性的最大障碍。这些结果都是用一个新的软件包VPLANET得到的。
2018-03-06 astro-ph.EP
