漂移与蒸发的卵石如何塑造巨行星 I：重元素含量与大气 C/O 比
地球与行星天体物理
2021-10-13 v3
摘要
近期对系外气态巨行星的观测表明其行星大气中 C/O 比高于恒星，而对已观测系外巨行星的内部模型进一步提示其重元素含量较高。此外，近期对原行星盘的观测揭示了超太阳的 C/H 比，这由向内漂移并蒸发的卵石所解释，后者增强了盘中的挥发分含量。我们研究了富挥发分卵石的向内漂移与蒸发如何通过卵石与气体吸积影响巨行星的大气 C/O 比与重元素含量。为实现这一目标，我们构建了原行星盘的半解析一维模型，包含黏性演化与加热、卵石漂移及简单化学过程的处理，以模拟行星胚胎在盘中迁移时通过吸积卵石和气体增长至木星质量天体的过程。我们的模拟表明，行星气体大气的成分由源自向内漂移蒸发卵石的蒸气吸积主导。该过程使巨行星能够蕴藏大量重元素。此外，我们的模型揭示，由于外盘中富甲烷卵石的蒸发，形成于距中心恒星更远处巨行星的平均 C/O 比更高。这些行星因而也可具有超太阳的 C/O 比，与系外行星观测一致。然而，外盘形成的行星重元素含量较小，因为外盘的蒸气富集较弱。我们的模型预言，具有低/高大气 C/O 比的巨行星应蕴藏大/小的总重元素含量。我们进一步得出结论：在蒸发线处纳入卵石蒸发是决定巨行星重元素含量与成分的关键要素。
引用
@article{arxiv.2105.13267,
title = {How drifting and evaporating pebbles shape giant planets I: Heavy element content and atmospheric C/O},
author = {Aaron David Schneider and Bertram Bitsch},
journal= {arXiv preprint arXiv:2105.13267},
year = {2021}
}
备注
accepted for publication in A&A