論文関連の(ほぼ)個人用メモ。



arXiv:1601.05143
Owen & Mohanty (2016)
Habitability of Terrestrial-Mass Planets in the HZ of M Dwarfs. I. H/He-Dominated Atmospheres
(M型矮星のハビタブルゾーン内の地球質量惑星の居住可能性 I：水素・ヘリウム主体大気)

概要

M型矮星 (M型主系列星) は個数が多く，また地球型惑星が相対的に発見しやすいため，ハビタブルゾーン内の惑星の検出と特徴付けを行うための主要なターゲットである．

しかしケプラーの観測結果によると，地球程度の質量を持つ惑星は，多くが大量の水素・ヘリウムを持った，エンベロープとコア質量の比が 1 %程度以上という状態で形成されることが分かっている．この惑星が，エンベロープを十億年のタイムスケールで保持するのであれば，ハビタブルゾーン内に存在してもこの惑星は "ハビタブル" では無いということになる．

ここでは，エンベロープを持った惑星が，M型矮星からの強い X線・紫外線のフラックスによって光蒸発でエンベロープを失って，ハビタブルな惑星になるかどうかを検証した．輻射冷却を含んだ流体シミュレーションと，ハイドロダイナミックエスケープのレジームと弾道散逸のレジームへの遷移を含めた評価を行った．

XUV のスペクトルとしては，活発な M型矮星であるしし座AD星 (AD Leo) をテンプレートとして用いた．恒星の進化も考慮し，また惑星の蒸発と熱進化も含めた．


その結果，主な 3 つの特徴が明らかになった．

(1) エンベロープからの質量散逸は，過去に行われたエネルギー律速による評価 (ジーンズ散逸のレジームへの遷移を無視しているモデル) と比べるとかなり少なくなる．

(2) ハビタブルゾーンの内縁において，コア質量が 0.9地球質量以下の惑星は，エンベロープとコアの質量の比率が ~ 1%である場合は，十分な水素・ヘリウムのエンベロープを失って後期にハビタブル惑星に進化することができる．

(3) ハビタブルゾーンの外縁では，コア質量が 0.8地球質量，エンベロープとコア質量の比率が ~ 1%であっても，エンベロープを失うには質量散逸が不十分である．

従って，惑星が大量の水素・ヘリウムエンベロープを持って形成された場合は，コア質量が小さいものだけがハビタブル惑星になることが出来る．コア質量が 1地球質量程度以上の場合，エンベロープ質量とコア質量の比率が 1%程度より大きい場合は，M型矮星のハビタブルゾーン内ではハビタブル惑星になれない．

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