使用MESA对气态亚海王星质量行星的演化分析

亚海王星大小的系外行星代表了银河系中最常见的行星类型之一，然而它们的许多性质未知。在此，我们提出一种方案，将恒星演化工具包Modules for Experiments in Stellar Astrophysics (MESA) 的能力改造用于建模具有H/He包层的亚海王星质量行星。通过增加处理行星核光度、重元素增丰、大气边界条件以及由于流体动力风导致的质量损失的例程，具有不同初始条件的行星的演化路径得到了更精确的约束。利用这些动力学模型，我们构建了从1到400 $M_{\oplus}$ 的行星的质量-成分关系，并研究了质量损失如何影响其成分和演化历史。我们证明行星半径通常对将行星带到其瞬时质量、成分和年龄的演化路径不敏感，存在滞后引起的变化。我们发现行星包层质量损失时标 $\tau_{\rm env}$ 随H/He包层质量分数（在固定行星质量下）非单调变化。在我们针对具有岩石核的年轻（100~Myr）低质量（$M_p\lesssim10~M_\oplus$）行星的模拟中，$\tau_{\rm env}$ 在 $M_{\rm env}/M_p=1\%$ 到 $3\%$ 处最大化。由此产生的收敛质量损失演化可能作为一种偏好的H/He质量分数 ${\sim}1\%$ 在近距离行星种群上留下印记。展望未来，我们预期该数值代码将得到广泛应用，补充三维模型和系外行星观测巡天。