开普勒-11行星的原位与异位形成模型

我们展示了六颗开普勒-11行星的形成模拟。模型假设采用原位或异位组装，后者包含迁移过程，并演化至该系统的估计年龄 80 亿年。模型结合了对气态包层和凝聚核结构的详细计算，包括气体和固体的吸积、盘的粘性和热演化（包括光致蒸发和盘-行星相互作用），以及盘消散后行星的蒸发质量损失。行星间的相互作用被忽略。两组模拟均成功再现了行星的实测半径、质量和轨道距离，但开普勒-11b 的半径除外，它在形成后不久便失去了整个气态包层。气态（H+He）包层占行星质量的不到 18%，占行星半径的 35% 至 60%。原位模型预测了一个非常巨大的内盘，其固体面密度（sigma_Z）在星心距离 0.1 < r < 0.5 AU 处从超过 1e4 变化到 1e3 g/cm²。如果固体在当地形成，初始气体密度将超过 1e5 g/cm²。鉴于盘的高温（> 1000 K），行星内部只能由金属和高耐火材料组成。需要通过核心封存氢并随后释气来解释观测到的开普勒-11b 半径。异位模型预测了一个质量相对较低的盘，其初始 sigma_Z 在 0.5 < r < 7 AU 处从 10 变化到 5 g/cm²，初始气体密度范围从 1e3 到 100 g/cm²。由于核心组装主要发生在冰凝聚前沿之外，所有行星内部预计富含 H₂O。开普勒-11b 预计具有蒸汽大气，而 H₂O 很可能与其他行星包层中的 H+He 混合。结果表明，开普勒-11g 可能并不比开普勒-11e 质量更大。