行星族的形成 III：核成分与大气逃逸

系外行星质量-半径图显示，在给定质量下，超级地球呈现出广泛的半径范围，因而也具有不同的平均密度。利用行星族合成模型，我们探究了塑造该分布的关键物理因素：行星的固态核成分及其大气结构。对于前者，我们使用平衡盘化学模型来追踪形成过程中吸积到行星核上的矿物。对于后者，我们追踪形成过程中的气体吸积，并考虑光致蒸发驱动的大气质量损失，以确定在盘阶段之后逃逸的吸积气体比例。我们发现，在小轨道半径（$\lesssim$0.1AU）处海王星和亚土星的大气剥离在短周期超级地球的形成中起着关键作用。核成分深受其形成时所处陷阱的影响。我们还发现，在小轨道半径 $\lesssim$0.5AU 处的类地行星成分与在较大轨道 $\sim$1AU 处的富冰行星（质量占比高达 50%）之间存在区分。这与根据观测到的低质量行星半径谷在小轨道周期处的位置所推断出的类地平均密度相吻合。我们的模型在质量 $\sim$1-3M$_\oplus$ 处产生的行星半径与观测值相当。在更大质量处，行星吸积的气体显著增大其半径，使其大于大多数观测数据。尽管影响小轨道半径 $\lesssim$0.1AU 处行星的光致蒸发减小了其中一部分行星的半径并改善了我们的对比，但由于形成于较大间距处导致 FUV 通量较低，我们计算的族中大多数行星未受影响。