光致蒸发行星包层的耦合热演化与成分演化

光致蒸发质量损失塑造了紧密轨道亚海王星质量系外行星的大气演化。迄今，针对暖海王星的质量损失模型均假定大气丰度在行星整个演化过程中保持恒定。然而，由扩散分离与氢的优先损失所调制的数十亿年逃逸的累积效应，可导致相对于氢而言氦与金属增丰的行星包层（Hu et al. 2015）。我们首次对环绕亚海王星质量行星的氢-氦包层的热、质量损失与成分耦合演化进行了自洽计算。我们扩展了MESA（Modules for Experiments in Stellar Astrophysics，恒星天体物理实验模块）恒星演化代码，以模拟光致蒸发行星演化中的包层丰度。我们发现，最初启发Hu et al.（2015）提出氦增丰行星大气形成的行星GJ 436b，需要一个过于巨大的原初包层才能变得氦增丰。尽管如此，我们表明对于质量与GJ 436b相似的行星，在经过仅数十亿年的质量损失后氦增丰是可能的。这些行星具有$R_p\lesssim 3.00~R_\oplus$、初始$f_{\rm env} < 0.5\%$、辐照通量约为地球的10$^1$–10$^3$倍，且在我们的模型中最终氦丰度超过Y=0.40。优先包层损失的结果可能对亚海王星群体的质量-半径关系与大气光谱具有可观测的后果。