形成模型预期的木星重元素增丰

本工作的目标是研究木星的生长，重点关注该行星吸积的重元素数量，并与近期结构模型进行比较。我们的模型假设初始核生长以卵石吸积为主，第二阶段以中等程度的星子与气体吸积为特征。第三阶段以失控气体吸积为主，在此期间行星与盘脱离。我们详细计算了第二和第三阶段，考虑了两种不同的星子吸积方案，并采用流体力学研究的拟合来计算脱离阶段的气体吸积。为使木星由结构模型所暗示的约20–40 $M_{\oplus}$重元素组成，我们发现一旦星子吸积占主导，木星的形成位置优选在$1\lesssim a \lesssim 10$ au的轨道距离处。我们发现，在失控气体吸积期间，取决于所假设的星子初始表面密度以及用于估算行星形成最后阶段重元素吸积的方案，木星可吸积约1至约15 $M_{\oplus}$的重元素。这将产生约0.5至约3倍太阳的包层金属丰度。通过计算脱离阶段的固体吸积，我们推断出当星子盘中形成缝隙时行星质量-金属量（$M_P$-$M_Z$）关系为$M_Z \sim M_P^{2/5}$，而无星子缝隙时为$M_Z \sim M_P^{1/6}$。我们的卵石-星子混合模型可解释木星的本体与大气增丰。许多巨行星系外行星推断出的高本体金属性难以用标准形成模型解释。这可能暗示此类高度增丰的巨行星系外行星具有迁移历史和/或盘消散后的巨碰撞。