化学异质性和演化盘中行星形成 -- I. 行星建构块的组成

原始盘是化学过程与质量输运相互作用塑造气体和尘埃组成的动态环境，决定可用于行星形成的组成。我们研究了挥发性化学——包括气相反应和面向反应——黏性气体演化以及径向尘埃漂移对行星建构块组成的影响。我们探讨了在不同离子化条件下以及各种亚毫米尺度尘埃粒径下的化学继承与重置情形。我们采用半解析的1D模型，对化学动力学与气体、尘埃输运进行集成，考虑黏性加热、湍流混合和耐热有机碳侵蚀。我们发现，即使是亚微米尘埃粒径的化学演化也受到质量输运的影响，尤其是在经历强加热或暴露于较高离子化辐射的盘中。在径向漂移较小的冰封尘埃粒径可在雪线附近导致挥发性物种浓度显著增强，关键物种浓度可提高一个数量级。早期行星形成可使内侧盘在小于0.5万年 timescales内发生挥发性物种的耗竭，而耐热有机碳的侵蚀可导致气相C/O和C/N比率显著超出星际值。值得注意的是，分析的各种情形都无法再现早期模型所预测的气相C/O比率的单调径向趋势。我们的研究还表明，针对元素比值的两两比较（结合宿主星的组成）是识别特定盘区域不同情形信噪比的关键。我们得出结论，行星形成模型必须同时考虑盘的化学与动力学演化，以及其初始化学和物理条件的多样性。