Exoplanets residing close to their stars can experience evolution of both their physical structures and their orbits due to the influence of their host stars. In this work, we present a coupled analysis of dynamical tidal dissipation and atmospheric mass loss for exoplanets in XUV irradiated environments. As our primary application, we use this model to study the TRAPPIST-1 system, and place constraints on the interior structure and orbital evolution of the planets. We start by reporting on a UV continuum flux measurement (centered around $\sim1900$ Angstroms) for the star TRAPPIST-1, based on 300 ks of Neil Gehrels Swift Observatory data, and which enables an estimate of the XUV-driven thermal escape arising from XUV photo-dissociation for each planet. We find that the X-ray flaring luminosity, measured from our X-ray detections, of TRAPPIST-1 is 5.6 $\times$10$^{-4} L_{*}$, while the full flux including non-flaring periods is 6.1 $\times$10$^{-5} L_{*}$, when $L_{*}$ is TRAPPIST-1's bolometric luminosity. We then construct a model that includes both atmospheric mass-loss and tidal evolution, and requires the planets to attain their present-day orbital elements during this coupled evolution. We use this model to constrain the ratio $Q'=3Q/2k_{2}$ for each planet. Finally, we use additional numerical models implemented with the Virtual Planet Simulator \texttt{VPLanet} to study ocean retention for these planets using our derived system parameters.

中文翻译：

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XUV 辐射系外行星大气质量损失和潮汐演化的耦合分析：TRAPPIST-1 案例研究

由于宿主恒星的影响，居住在其恒星附近的系外行星可以经历其物理结构和轨道的演化。在这项工作中，我们对 XUV 辐射环境中系外行星的动态潮汐耗散和大气质量损失进行了耦合分析。作为我们的主要应用，我们使用这个模型来研究 TRAPPIST-1 系统，并对行星的内部结构和轨道演化施加限制。我们首先根据 Neil Gehrels Swift 天文台的 300 ks 数据报告了恒星 TRAPPIST-1 的 UV 连续通量测量（以 $\sim1900$ 埃为中心），并且可以估计 XUV 驱动的热逃逸产生来自每个行星的 XUV 光解。我们发现从我们的 X 射线探测中测量到的 X 射线耀斑光度，TRAPPIST-1 的值为 5.6 $\times$10$^{-4} L_{*}$，而包括非燃烧期的全通量为 6.1 $\times$10$^{-5} L_{*}$，当$L_{*}$ 是 TRAPPIST-1 的热光度。然后，我们构建了一个包含大气质量损失和潮汐演化的模型，并要求行星在这种耦合演化过程中达到它们现在的轨道要素。我们使用这个模型来约束每个行星的比率 $Q'=3Q/2k_{2}$。最后，我们使用通过 Virtual Planet Simulator \texttt{VPLanet} 实现的附加数值模型，使用我们导出的系统参数研究这些行星的海洋滞留。然后，我们构建了一个包含大气质量损失和潮汐演化的模型，并要求行星在这种耦合演化过程中达到它们现在的轨道要素。我们使用这个模型来约束每个行星的比率 $Q'=3Q/2k_{2}$。最后，我们使用通过 Virtual Planet Simulator \texttt{VPLanet} 实现的附加数值模型，使用我们导出的系统参数研究这些行星的海洋滞留。然后，我们构建了一个包含大气质量损失和潮汐演化的模型，并要求行星在这种耦合演化过程中达到它们现在的轨道要素。我们使用这个模型来约束每个行星的比率 $Q'=3Q/2k_{2}$。最后，我们使用通过 Virtual Planet Simulator \texttt{VPLanet} 实现的附加数值模型，使用我们导出的系统参数研究这些行星的海洋滞留。