从形成过程表征系外行星 I：行星形成与演化的耦合模型

最近通过观测确定半径，许多系外行星已实现了初步表征。对于某些行星，光度测量也成为可能，未来预计会有更多直接成像的行星。因此，通过质量-半径和质量-光度图对系外行星进行统计表征正变得可行。这对行星形成和演化理论的重要性与质量-距离图类似。我们在此文及后续论文中的目标是，将我们的形成模型扩展为耦合的形成与演化模型。我们希望以自洽的方式计算行星的所有基本特征（M, a, R, L），并将该模型用于族群合成计算。这里我们展示了如何求解描述气体包层的结构方程，不仅是在早期形成阶段，还包括气体失控吸积阶段，以及在恒定质量下长达Gyr时间尺度的演化阶段。然后我们研究了木星的原位形成与演化、巨行星的质量-半径关系、核质量对半径和光度的影响（在“热启动”和“冷启动”情景下）。我们特别强调了与其他模型的比较。我们发现，尽管存在一些简化，我们的结果与更复杂模型的结果非常吻合。升级后的模型能够从种子胚胎到Gyr年老行星，给出行星最重要的特征。这对于合成行星族群中的所有行星都是如此。因此，我们现在可以自洽地利用来自所有主要观测技术的统计约束。在当前不同技术对非常多样化的行星子族群给出约束，且将这些约束整合到一个连贯图景中具有挑战性的时代，这一点非常重要。