Tidal dissipation in evolving low-mass and solar-type stars with predictions for planetary orbital decay
Tidal dissipation in evolving low-mass and solar-type stars with predictions for planetary orbital decay
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演化中的低质量恒星和太阳型恒星的潮汐耗散以及对行星轨道衰变的预测
DOI：
10.1093/mnras/staa2405
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发表时间：
2020
影响因子：
4.8
通讯作者：
Barker A
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Barker A
研究了质量在0.1~1.6 M⊙的恒星的潮汐耗散过程，包括作用于对流区的平衡潮汐和惯性波的湍流有效粘性，以及辐射区的重力内波。我们考虑了一系列恒星演化模型，并在最新模拟的基础上加入了作用于平衡潮汐的随频率变化的有效粘性。我们将得到的潮流和耗散与传统的平衡潮汐进行了比较，后者在对流区是完全无效的，后者通常将耗散高估了2-3倍。IWS的耗散首次使用频率平均公式计算，考虑到了真实的恒星结构，它是主序上二元环化和同步的主要机制。辐射区中重力波的消散假定这些波被完全衰减(例如，被波破碎所抑制)，并且是行星轨道衰变的主要机制。我们计算了波破裂所需的临界行星质量作为恒星质量和年龄的函数，并表明这种机制预测了主序列上许多热木星的毁灭，但可能不是地球质量的行星。我们将我们的结果应用于计算恒星演化后的潮汐品质因子，以及热木星轨道衰变的潮汐演化时间尺度，以及双星的自旋同步和环化。我们还提供了由潮汐驱动的热木星轨道衰变引起的凌日到达时间的移动的预测，这可能是用NGTS、TESS或PLATO探测到的。
We study tidal dissipation in stars with masses in the range 0.1–1.6 M⊙throughout their evolution, including turbulent effective viscosity acting on equilibrium tides and inertial waves (IWs) in convection zones, and internal gravity waves in radiation zones. We consider a range of stellar evolutionary models and incorporate the frequency-dependent effective viscosity acting on equilibrium tides based on the latest simulations. We compare the tidal flow and dissipation obtained with the conventional equilibrium tide, which is strictly invalid in convection zones, finding that the latter typically overpredicts the dissipation by a factor of 2–3. Dissipation of IWs is computed using a frequency-averaged formalism accounting for realistic stellar structure for the first time, and is the dominant mechanism for binary circularization and synchronization on the main sequence. Dissipation of gravity waves in the radiation zone assumes these waves to be fully damped (e.g. by wave breaking), and is the dominant mechanism for planetary orbital decay. We calculate the critical planetary mass required for wave breaking as a function of stellar mass and age, and show that this mechanism predicts destruction of many hot Jupiters but probably not Earth-mass planets on the main sequence. We apply our results to compute tidal quality factors following stellar evolution, and tidal evolutionary time-scales, for the orbital decay of hot Jupiters, and the spin synchronization and circularization of binary stars. We also provide predictions for shifts in transit arrival times due to tidally driven orbital decay of hot Jupiters that may be detected with NGTS,TESS, orPLATO.
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DOI：
10.1111/j.1365-2966.2009.14694.x
发表时间：
2009
影响因子：
4.8
作者：
Barker A
通讯作者：
Barker A
DOI：
10.1086/427082
发表时间：
2004-12
期刊：
The Astrophysical Journal
影响因子：
--
作者：
S. Meibom;R. Mathieu
通讯作者：
S. Meibom;R. Mathieu
行星与恒星的相互作用具有精确的凌日时间。
DOI：
--
发表时间：
2020
期刊：
影响因子：
--
作者：
G. Maciejewski;H. Knutson;A. Howard;H. Isaacson;E. Fernández;R. Sisto;C. Migaszewski
通讯作者：
C. Migaszewski
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影响因子：
6.5
作者：
A. Astoul;S. Mathis;C. Baruteau;François Gallet;A. Strugarek;K. Augustson;A. Brun;É. Bolmont
通讯作者：
É. Bolmont
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DOI：
10.1051/0004-6361/201118160
发表时间：
2012
期刊：
arXiv: Solar and Stellar Astrophysics
影响因子：
--
作者：
F. Remus;F. Remus;S. Mathis;J. Zahn
通讯作者：
J. Zahn