褐矮星与系外行星中的尘埃 V. 富碳与富氧环境下的云形成

近期的观测表明系外行星大气可能富含碳。用于褐矮星和系外行星的光谱拟合方法已将 C/O 比率作为附加参数引入，但富碳云形成建模对所应用的模型而言是一项挑战。确定系外行星的宜居带需要处理化学成分不同环境下的云形成。盘模型表明，富碳或近富碳生态位可能出现，而冷的碳行星可能追踪行星演化的这些特定阶段。我们通过纳入碳成核以及通过气-表面反应形成 C[s]、TiC[s]、SiC[s]、KCl[s] 和 MgS[s]，扩展了我们的动力学云形成模型。由于碳是一种非常有效的生长物种，富碳大气中的成核效率低于富氧气体。其结果是，对于 C/O_0>1，组成云的粒子数更少。云粒的尺寸将小于富氧大气中的云粒。初始 C/O 比率的增加不会逆转这一趋势，因为富碳环境中存在丰富得多的可凝气体物种。云粒通常由混合材料构成：若 C/O_0>1 则以碳为主，若 C/O_0<1 则以硅酸盐为主。仅在 C/O_0=3.0 或 10.0 的极端情况下才会达到 80-90% 的碳含量。富碳大气将形成由高度依赖的混合成分、尺寸和数量的粒子组成的云。剩余气相的消耗程度远低于富氧大气。典型的示踪分子是 HCN 和 C2H2，并伴随由于含碳云覆盖而产生的无特征平滑连续谱，除非云粒变为结晶态。