富集包层的临界核心质量：H₂O 凝结的作用

背景：在行星形成的核心吸积情景中，迄今大多数模拟始终假定吸积包层具有太阳组成。根据地球上的陨石雨研究和数值模拟，我们知道星子穿越原行星包层时必然经历热烧蚀和碎裂。一旦原行星获得大气层，原始包层便会因星子而富含挥发物和硅酸盐。形成过程中包层组成的这种变化可能对最终的 atmospheric 组成以及巨行星的形成时标产生显著影响。目的：研究考虑原行星包层因冰质星子在前往核心途中碎裂而发生富集的物理含义，特别关注在可发生水凝结的包层中对临界核心质量的影响。方法：采用更新的涵盖所有金属丰度范围的不透明度数据，并利用 CEA 软件计算状态方程，对内部结构模型进行数值求解。CEA 计算任意气体混合物的化学平衡，并允许包括水在内的某些物种凝结。这意味着相变的潜热被一致地纳入总能量收支。结果：当在内部结构方程中考虑富集的包层组成时，发现临界核心质量显著降低。对于包层金属丰度大于 Z=0.45 的行星，当外部边界条件适合在大气顶层发生水凝结时，临界核心质量的减小尤为剧烈。我们证明，当大气处于化学非平衡状态时，这一效应在定性上得以保持。