行星如何通过卵石吸积生长 II：污染包层演化的解析计算

嵌入原生吸积盘中的原行星在生长并吸积固体物质时会获得炽热的包层。这确保了它们吸积的物质——卵石以及（小型）星子——将汽化以富集其大气。富集改变了包层的结构并显著影响其后续演化。我们的目标是从撞击体开始升华之时起，到吸积盘最终耗散之后，描述具有污染包层的行星的形成过程。我们构建了一个解析内部结构模型，其特征是核心周围存在一个炽热且均匀混合的高 Z 蒸气层，位于通常未污染的辐射-对流区之下。具有均匀混合污染包层的行星演化遵循四个可能的阶段。最初，中心核心通过撞击和雨落直接生长，直到包层变得足够热以汽化并吸收所有 incoming 固体。我们发现，当核心与蒸气质量之和超过一个我们称之为临界金属质量的值时，行星达到失控吸积——该判据取代了传统的临界核心质量。它随污染物的蒸发温度以及行星核心质量的增加而正比增大。因此，轨道间距更短的行星需要吸积更多固体才能达到失控，因为它们吸积了挥发性更低的材料。如果固体吸积率枯竭，我们确认平均分子量的下降——稀释——作为一种机制，可在污染行星的嵌入冷却阶段限制气体吸积。当吸积盘最终耗散时，包层内部温度下降，其蒸气最终雨落，增加了核心的质量。伴随此过程释放的能量不会导致显著的质量损失，因为它仅在行星已大幅收缩后才发生。