星团中恒星辐射和动力学环境对行星形成演化的影响

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通常认为恒星诞生于星团之中。恒星诞生之初,其周围孕育行星的原行星盘不仅受主恒星的辐射和吸积影响,在复杂的星团环境中,也受到外恒星的光致蒸发和潮汐作用。本文主要从理论和观测两个角度,研究星团中复杂的辐射和动力学环境如何影响行星系统的形成和演化。理论部分主要考虑星团中,原行星气体盘(一维粘滞盘)在与不同有效温度的外恒星发生近密交会时,光致蒸发作用对气体盘演化的影响。分析了单次近密交会时,不同的双曲轨道下,光致蒸发对气体盘的影响。我们发现,当外恒星飞掠近心点时,外恒星辐射增强,光致蒸发引起的气体盘质量损失增大,同时外行星盘因辐射蒸发很快消散。此外,我们还结合星团恒星数密度与近密交会频率的关系,构建了多次近密交会的模型,以探究不同星团中的气体盘演化情况。我们的结论包括:在疏散星团中,如果没有大质量恒星且恒星数密度小于10~4pc-3,气体盘的典型寿命通常在1至10 Myr之间;在球状星团中,气体盘消散非常快,很难形成气巨星。这一结论和目前的观测相吻合,即球状星团中还没有探测到巨行星。在观测方面,我们从统计角度,考察了恒星运动与行星系统特别是行星出现率之间的相关性。考虑到星团中的复杂动力学环境,一些恒星会被散射出星团,其运动速度相对其他的场星较大。这种运动速度的差别,反应了恒星的动力学历史,可能会影响其周围的行星形成和演化。随着数以千计的系外行星的发现,以及Gaia数据对恒星运动的刻画,我们有足够多的数据来研究恒星行星的统计相关性。本文主要利用Gaia DR2和Kepler交叉匹配星表,获得了Kepler恒星的二维速度。根据恒星的相对运动速度大小,将KIC恒星分为“动力学热”和“动力学冷”两簇。我们发现“动力学热”恒星周围周期为3-50天,大小为1-4倍地球半径的行星出现率总体上来比“动力学冷”的恒星周围的行星低。说明行星系统可能受到恒星的动力学历史影响。TESS和未来的PLATO,WFIRST等空间望远镜将提供更多的行星系统样本,探测到更多围绕“动力学热”恒星的行星。可以从中挖掘更多的线索,来研究恒星运动和行星系统出现率、轨道特征之间的联系。
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