Constraining the Planetary Obliquity Distribution of Warm Jupiters
Princeton University（普林斯顿大学）
本研究通过对6颗热木星的凌星光曲线进行分析，结合分层贝叶斯建模，约束了热木星的倾角分布，发现其中值倾角低于12°，并指出JWST观测可提供更严格的约束。
2026-09-21 astro-ph.EP
On the Effects of Planetary Oblateness on Exoplanet Studies
在研究凌日系外行星时，通常假设行星是球形的。然而，短的自转周期会导致行星在赤道处凸出，就像土星的情况一样，它的赤道半径几乎比它的极地半径大10%。随着新一代工具的上线，重要的是要不断评估模型的基本假设，以确保可靠和准确的推断。我们分析了大量已知的凌日行星样本，并计算了它们的预期信号强度，如果它们是扁圆的。我们发现，在低于100 ppm的噪音水平下，多达100颗行星可能具有可检测的扁率。我们还研究了拟合球形行星模型对合成扁圆光变曲线的影响。我们发现，这偏置检索参数的扁率值> 0.1-0.2的几个标准偏差。当试图拟合扁率模型的球形和扁率光变曲线，我们发现，这种拟合的灵敏度与SNR以及时间采样的数据，这可以掩盖扁率信号。对于开普勒观测的这些量的典型值，很难排除小于~0.25的扁率值。这导致了10-15%的行星密度的精确度，这些行星可能是扁圆的。最后，我们发现，一个进动扁圆行星有能力模仿一个长期的同伴通过过境时间变化的签名，在10秒的水平诱导偏移。
2022-07-15 astro-ph.EP
Peekaboo: Secular Resonances from Evolving Stellar Oblateness Impede Transit Detection
本文以 Kepler-619 为例研究恒星扁率演化驱动的扫频长期共振如何影响行星轨道对齐与错位，发现该机制会降低多行星凌星系统的可探测概率，从而偏向观测到单行星系统。
2025-05-08 astro-ph.EP
Exciting mutual inclination in planetary systems with a distant stellar companion: the case of Kepler-108
本文研究了在双伴扰动下多行星系统中，行星轨道间的相互倾斜由一种新的长期轨道共振激发，我们称之为“诱导”。当行星的节点进动率与双星轨道频率的倍数相匹配时，发生了偏转共振，其物理性质与先前研究的偏转共振相似。捕获到一个偏转共振需要遇到的共振与缓慢增加的节点岁差率，它可以激发行星的相互倾斜，而不影响他们的偏心率。我们讨论了可能的结果ivection共振捕获，我们用模拟来说明，这是一个很有前途的机制，在系统中，行星有显着的相互倾斜，但适度的偏心率，如开普勒-108产生的相互倾斜。我们还发现了一个明显的赤字的多行星系统，将有节点岁差周期可比的双轨道周期，这表明诱导共振可能会抑制形成或不稳定的多行星系统与外部的双同伴。
2021-10-19 astro-ph.EP
Recent Kepler Results On Circumbinary Planets
在美国宇航局开普勒光度计的一长串令人兴奋的发现中，排名靠前的是发现凌日的环双星行星。在短短一年多的时间里，这样的行星数量从零增加到七个，其中包括一个多行星系统，其中一颗行星位于宜居带（开普勒-47）。我们正在迅速学习如何更好地探测和描述这些行星，包括识别它们的过境时间和持续时间变化的“确凿证据”。即使只有少数这样的行星，一些令人兴奋的趋势正在出现。
2013-08-28 astro-ph.EP
An extremely low-density exoplanet spins slow
本文通过JWST NIRSpec光变曲线建模约束超级蓬松行星Kepler-51d的形状，发现其自转远低于解体速度，与理论预期相矛盾，并指出恒星密度和轨道偏心率有助于凌星法探测行星扁率。
2024-11-07 astro-ph.EP
Evidence for a Non-Dichotomous Solution to the Kepler Dichotomy: Mutual Inclinations of Kepler Planetary Systems from Transit Duration Variations
早期对开普勒任务的系外行星统计数据的分析显示，低相互倾斜度多行星系统模型（${\sim1^{\circ}-2^{\circ}}$）充分描述了多凌星系统，但低估了单凌星系统的数量。这种所谓的“开普勒二分法”表明存在一个拥有更大相互倾斜度的多行星系统的子种群。然而，这些倾向的细节仍然不确定。在这项工作中，我们得到的内在相互倾斜分布的限制，通过统计利用过境持续时间变化（TDVs）的开普勒行星人口。当行星轨道相互倾斜时，行星与行星之间的相互作用会导致轨道岁差，这可能导致过境持续时间的可检测长期变化。这些TDV信号对倾角敏感，已经在大约24颗开普勒行星上检测到。我们比较了开普勒观测到的TDV探测到的TDV探测到的模拟行星系构造从两个人口模型与不同的假设相互倾斜分布。我们发现了强有力的证据，连续分布的相对较低的相互倾斜，其特征在于由幂律关系的中位数相互倾斜（$\tildeμ_{i,n}$）和固有的多重性（$n$）：$\tildeμ_{i,n} = \tildeμ_{i,5}(n/5)^α$，其中$\tildeμ_{i,5} = 1.10^{+0.15}_{-0.11}$和$α= -1.73^{+0.09}_{-0.08}$。这些结果表明，后期行星组装和恒星扁率可能是激发开普勒行星相互倾斜的主要物理来源。
2021-06-29 astro-ph.EP
Measurement of the Spin-Orbit Misalignment of KOI-13.01 from its Gravity-Darkened Kepler Transit Lightcurve
我们模型的不对称性的KOI-13.01过境光变曲线假设一个重力变暗的快速旋转的主恒星，以约束系统的自旋轨道对齐和过境参数。我们发现，我们的模型可以重现开普勒光变曲线的KOI-13.01与天空投影对齐λ = $23 \pm 4$度和与恒星的北极倾斜远离观测者$48 \pm 4$度（假设$M_* = 2.05 M_\odot$）。通过这两个测定，我们计算出这颗行星的轨道法线和它的恒星旋转极之间的净偏差为$56 \pm 4$度。在我们的几何解释中，简并也允许$124 \pm 4$度的逆行自旋轨道角。这是第一个来自重力暗化的自旋轨道测量，也是少数几个完整的（不仅仅是天空投影的）太阳系外行星自旋轨道错位测量之一。我们还测量了包含恒星扁率和重力暗化的精确凌日参数：$R_* = 1.756 \pm 0.014 R_\odot$、$R_p = 1.445 \pm 0.016 R_{Jup}$和$i = 85.9 \pm 0.4$度。新的较低行星半径落入凌日天体合理内部模型的行星质量范围内。一个简单的初始计算表明，KOI-13.01的圆形轨道显然与Kozai机制不一致，导致其自旋-轨道错位;行星-行星散射和恒星自旋迁移仍然是可行的机制。未来的开普勒数据将提高KOI-13.01凌日光变曲线的精度，从而可以更精确地确定凌日参数，并有机会使用测光罗斯特-麦克劳克林效应来解决逆行/逆行轨道确定简并。
2011-10-16 astro-ph.EP
Exploring Whether Super-Puffs Can Be Explained as Ringed Exoplanets
一个有趣的，不断增长的行星类别是“超级泡芙”，它们的质量半径非常大，因此密度相应地很低（$\lesssim0.3\rm\,g\,cm^{-3}$）。这里我们考虑它们是否可以有大的推断半径，因为它们实际上是环形的。这自然可以解释为什么超级喷流到目前为止只显示出无特征的过境光谱。我们发现，这一假设可以在某些情况下工作，但不是所有。超级喷流与其母星的距离非常近，这使得环必须由岩石而不是冰组成。这限制了环的半径，并使得解释开普勒51 b，51 c，51 d和79 d的大尺寸变得具有挑战性，除非环由多孔材料组成。此外，开普勒18d、223d和223e的潮汐锁定时间尺度很短，这意味着这些行星可能旋转得太慢，导致扁率很小，环被它们的母星扭曲。开普勒87c和177c最有可能用环来解释。使用过境模拟，我们表明，测试这一假设需要测光精度约为10 ppm和50 ppm之间，这大致与行星和恒星的半径的比例。最后，我们对最近发现的超级蓬松HIP 41378f进行了总结。
2020-01-29 astro-ph.EP
The Hunt for Exomoons with Kepler (HEK): IV. A Search for Moons around Eight M-Dwarfs
由于其较小的半径和高宇宙丰度，围绕冷恒星的凌日行星具有独特的吸引力。作为我们正在进行的测量太阳系外卫星出现率的项目的一部分，我们在这里介绍了一项调查的结果，重点是与M矮星相关的八个开普勒行星候选者。使用光动力学模型和贝叶斯多模态嵌套采样，我们没有发现令人信服的证据exomoon在这八个系统。在最好的情况下，探测到此类物体存在的上限可降至$\sim0.4M_{\oplus}$。对于KOI-314，我们能够使用凌日时间变化确认三个已知凌日候选者中的两个的行星性质。特别令人感兴趣的是KOI-314 c，它的质量为$1.0_{-0.3}^{+0.4}M_{\oplus}$，是迄今为止发现的质量最低的凌日行星。以$1.61_{-0.15}^{+0.16}R_{\oplus}$为半径，这个地球质量的世界很可能被一个重要的气体外壳所包围，该气体外壳占行星半径的$\geq17_{-13}^{+12}$ %。我们也通过凌日时间找到了支持KOI-784行星性质的证据，但我们主张进一步观察以验证这些信号。在这两个系统中，我们推断内行星的密度比外部世界高，这可能是光蒸发的指示。这些结果突出了开普勒搜索地球质量以下的卫星的能力，以及这些努力经常产生的令人兴奋的辅助科学。
2014-01-26 astro-ph.EP
Born Dry in the Photo-Evaporation Desert: Kepler's Ultra-Short-Period Planets Formed Water-Poor
最近的调查发现了一个令人兴奋的超短周期（USP）行星的新群体，其轨道周期小于一天。这些行星的半径通常小于1.5地球半径，表明它们可能有岩石成分。这与100天内行星的总体分布形成鲜明对比，后者由2个地球半径以上的低密度亚海王星主导，必须有气体包层来解释它们的大小。然而，在超短周期轨道上，行星受到强烈的光致电离辐射的轰击，因此气态的亚海王星非常容易在大气光蒸发中失去其外壳。使用模型的行星演化，我表明，岩石USP行星可以很容易地产生的亚海王星与H/He信封的蒸发残余物，因此，我们可以理解的USP亚海王星作为光蒸发的自然后果，所观察到的缺乏。然而，至关重要的是，USP轨道上的行星通常可以保留它们的包层，如果它们形成了非常高的金属含量水为主的包层。这些富含水的行星通常会超过2个地球半径，这与观测到的蒸发沙漠不一致，表明大多数USP行星可能是由雪线内的贫水物质形成的。最后，我研究的特殊情况下，55 Cancri e和它可能的组成，根据最近的观察，并讨论了进一步表征这一人口与未来的观察前景。
2016-10-04 astro-ph.EP
Oscillations of Relative Inclination Angles in Compact Extrasolar Planetary Systems
开普勒任务已经探测到数十个紧凑的行星系，其中有四个以上的凌日行星。这个样本提供了一组密集的行星系，它们的轨道倾角分布相对较小。大部分观测样本包含有限的多重性，这就引出了一个问题，即是否存在真正的多重凌日系统的多样性，或者某些系统仅仅具有很高的相互倾向，使它们在基于凌日的调查中表现为单凌日系统。本文开始探索动力机制在激发这类系外行星系统的轨道倾角的有效性。对于这些紧密堆积的系统，我们确定轨道倾角不会通过自激而明显分散。相比之下，两个开普勒多行星系统与额外的非过境行星容易受到其倾角的振荡，这意味着他们目前观察到的配置可能是由于行星之间的相互作用。我们还为每个行星的预期过境持续时间变化（TDVs）提供了约束和预测。在这些多行星紧凑型开普勒系统中，它们的倾角振荡非常难以激发;因此，它们倾向于保持持续的相互凌日（CMT稳定）。我们进一步研究这个问题，通过增加行星的质量，并确定所需的振荡的增强因子，以移动系统的过境。这里发现的倾角振荡为最近提出的开普勒观测到的太阳系样本中的二分法提供了信息。
2015-10-30 astro-ph.EP
Mutual Inclination of Ultra-Short-Period Planets with Time Varying Stellar J2-moment
具有超短周期行星（USP）的系统往往具有更大的相互倾斜度，而不是那些行星距离其宿主恒星更远的系统。这可以解释为早期恒星快速旋转时恒星扁率引起的岁差。然而，恒星的扁率随着时间的推移而降低，这可能会进一步塑造行星的相互倾斜。在这项工作中，我们详细研究了如何减少$J_2$的影响下，最终的相互倾斜变化。我们发现，不同的初始参数（例如，$J_2$的大小和行星倾角）将导致不同的最终相互倾角，从而对USP的形成机制提供约束。一般来说，如果内行星与恒星赤道处于同一平面（或与恒星自转轴不对齐时共面），由于$J_2$矩的衰减，相互倾角会随着时间的推移而减小（或增加然后减小）。这是因为内侧轨道通常比外侧轨道具有更小的轨道角动量。然而，如果外层行星最初与恒星自旋对齐，而内层行星则不对齐，则相互倾斜几乎保持不变。总的来说，我们的研究结果表明，要么USP行星形成较早，并获得了显着的倾斜（例如，$\gtrsim30^\circ$与它的伴星或$\gtrsim10^\circ$与它的主星自旋轴开普勒653 c）或他们形成晚（$\gtrsim$陀螺）时，他们的主星旋转较慢。
2022-03-24 astro-ph.EP astro-ph.SR
Post-Keplerian obliquity variations and the habitability of rocky planets orbiting fast spinning, oblate late M dwarfs
到目前为止，已经发现了几十颗围绕M矮星运行的类地行星。其中一些已经引起了人们的兴趣，因为它们潜在的长期可居住性;这种可能性目前在文献中激烈辩论。我表明，后开普勒（PK）轨道岁差可能会影响一个虚构的地球行星轨道的光谱类M9 V与$M_\star=0.08\,M_\odot$在$a=0.02\,\mathrm{au}$的扁圆型M矮星的可居住性，对应于一个轨道周期$P_\mathrm{b}\simeq 4\,\mathrm{d}$，诱导长期变化的行星的可居住性$\varepsilon$，在某些情况下，从生命的可持续性的角度来看，可能不会被视为微不足道。我恢复的分析轨道平均方程的pK岁差，经典和广义相对论，单位矢量$\boldsymbol{\hat{S}},\,\boldsymbol{\hat{h}}$的行星的自旋和轨道角动量$\boldsymbol S,\,\boldsymbol{L}$进入$\varepsilon$，并通过生产的时间序列的pK变化$Δ\varepsilon(t)$的一致性数值积分。对于自转周期为$P_\star \simeq 0.1-1\,\mathrm{d}$量级的快速旋转M矮星，行星的结晶度$\varepsilon$在时间尺度$Δt \simeq 20-200\,\mathrm{kyr}$上可以经历经典的pK大变化$Δ\varepsilon(t)$高达数十度，这取决…
2021-03-18 astro-ph.EP gr-qc physics.space-ph
Five Planets Transiting a Ninth Magnitude Star
开普勒任务揭示了行星系和结构的巨大多样性，但开普勒发现的大多数行星都绕着微弱的恒星运行。利用K2任务的新数据，我们发现了一个五行星系统，它经过一颗名为HIP 41378的明亮恒星（V = 8.9，K = 7.7）。HIP 41378是一颗稍贫金属的晚期F型恒星，自转速度适中（v sin（i）= 7 km/s），距离地球116 +/- 18。我们发现HIP 41378有两颗亚海王星大小的行星，它们在15.6和31.7天的轨道上运行，轨道周期为2：1，轨道周期为3.5%。此外，我们还发现了三颗行星，在K2观测所涵盖的75天内，每颗行星都经过一次。一颗行星是海王星大小的，可能在160天的轨道上运行，一颗是亚土星大小的，可能在130天的轨道上运行，一颗是木星大小的行星，可能在1年的轨道上运行。我们表明，这些估计的轨道周期可以更精确地考虑到动力学稳定性的考虑。我们还计算了该系统的恒星反射速度分布，并表明它为未来的径向速度观测提供了一个很好的目标。如果通过未来的观测可以确定外类木行星的精确轨道周期，它将是后续凌日观测的极好候选者，以研究其大气层并测量其扁率。
2016-06-27 astro-ph.EP astro-ph.SR
Bifurcated Evolutionary Pathways in Multi-planet Systems Driven by Misaligned Protoplanetary Disks
本研究揭示错位原行星盘与恒星扁率导致多行星系统分叉演化：低错位角产生共面低斜度系统，高错位角引发非绝热转变、激发链失稳，预测幸存系统与开普勒观测一致。
2025-04-11 astro-ph.EP
On the orbital decay of the gas giant Kepler-1658b
本文研究气态巨行星 Kepler-1658b 轨道衰减的成因，通过恒星与行星潮汐耗散模型分析发现恒星耗散通常过弱，行星非同步自转或近星点进动可解释观测，为检验潮汐理论提供依据。
2023-11-15 astro-ph.EP astro-ph.SR
Limb Darkening and Planetary Transits: Testing Center-to-limb Intensity Variations and Limb-Darkening Directly from Model Stellar Atmospheres
由MOST、\emph{Kepler}和各种地面测量所采用的凌日方法使太阳系外行星的特征描述达到了前所未有的精确度。这些结果足够精确，可以开始测量行星大气成分、行星扁率、恒星黑子和其他百万分之几百的现象。然而，这些结果取决于我们对恒星临边变暗的理解，也就是说，当行星过境时，恒星盘上的强度分布被顺序阻挡。通常情况下，恒星的边缘暗化被假定为一个简单的参数化与两个系数，来自恒星大气模型或直接拟合。在这项工作中，我们重新审视这一假设和计算合成行星过境光变曲线直接从模型恒星大气中心到边缘强度变化（CLIV）使用平面平行\textsc{Atlas}和球对称\textsc{SAtlas}代码。我们将这些光变曲线与使用最佳拟合的边缘变暗参数化构建的光变曲线进行比较。我们发现，采用参数恒星边缘变暗的法律导致系统的差异，从几何更现实的模型恒星大气CLIV约50 - 100 ppm的过境中心和高达300 ppm的入口/出口。虽然这些误差很小，但它们是系统性的，似乎限制了测量次级效应所需的精度。我们的研究结果也可能有显着的影响过境光谱。
2017-07-08 astro-ph.EP astro-ph.SR
Rotational modulation in A and F stars: Magnetic stellar spots or convective core rotation?
开普勒任务揭示了许多恒星的光变曲线中存在过多的恒星变化，其中一些与磁场活动或恒星振荡有关。在这项工作中，我们分析了162个中等质量恒星的周期信号，解释为Rossby模式和旋转调制-所谓的\textit{hump \& spike}功能。我们调查是否旋转调制（\textit{spike}）是由于恒星斑点所造成的磁场或由于过稳定对流（OsC）模式共振激发g~模式，与对流核心的旋转速率相对应的频率。假设尖峰是由恒星表面的磁斑产生的，我们恢复了磁场的振幅，这与理论预测吻合得很好。我们的数据表明，尖峰振幅和恒星质量之间的反相关性，并可能与恒星年龄的相关性，与（分）表面对流层中的发电机产生的磁场理论相一致。调查的谐波行为，我们发现，对于125颗恒星的两种可能的解释都不能排除。虽然我们的研究结果表明，发电机产生的磁场的情况下，更有可能解释的\textit{spike}功能，我们评估需要进一步的工作来区分这两种情况。排除这两种解释之一的一种方法是直接观察\textit{hump \& spike}恒星的磁场。另一种方法是通过对我们的恒星进行详细的建模来施加额外的约束，关于OsC模式场景中的旋转要求或对流核心（恒星年龄）的存在。
2023-01-12 astro-ph.EP astro-ph.SR
Asteroseismic Modelling of Fast Rotators and its Opportunities for Astrophysics
本文综述不同质量区间旋转恒星的星震学建模现状，强调自转驱动的角动量与元素输运观测校准，并展望多巡天数据在系外行星、星系演化及引力波等领域的工业化应用。
2024-09-08 astro-ph.EP astro-ph.SR
Searching for Planets During Predicted Mesolensing Events: II. PLAN-IT: An Observing Program and its Application to VB 10
透镜事件的成功预测是一项令人兴奋的新事业，它为发现和研究行星系提供了机会。配套文件调查的基本理论。这篇论文致力于概述观测计划的组成部分，这些计划可以发现围绕被预测为接近背景恒星的恒星运行的行星。如果能够很好地预测最接近的时间和距离，那么系统就可以有针对性地进行个性化研究。然而，在大多数情况下，预测将是不精确的，只产生一组可能的接近路径和事件时间。我们必须监测这些系统的集合，以确保发现，这是一种可能的战略，类似于一些当前的调查，包括PTF和Pan-STARRS;新星搜索，包括业余爱好者进行的搜索;正在进行的透镜计划，如MOA和OGLE;以及MEarth，开普勒和其他凌日研究。如果设计得好，监测程序将保证要么发现轨道半长轴小于两个爱因斯坦半径的行星，要么排除它们的存在。在更宽轨道上的行星可能不会被发现，但如果它们很常见，将在潜在透镜群产生的事件中被发现。我们认为VB 10的影响，第一颗恒星，使一个预测的方法是足够接近的背景恒星，让行星被发现。VB 10并不是一个理想的案例，但它非常值得研究。这项工作的更简明摘要和供观察员参考的资料可在https://www.cfa.harvard.edu/~jmatthews/vb10.html上查阅。
2012-02-23 astro-ph.EP astro-ph.IM astro-ph.SR
