行星陷阱与首批行星：气态巨行星形成的临界金属丰度

行星的普遍存在引出了一个有趣的问题：星系中首批行星是何时形成的。我们采用为理解系外行星统计性质而建立的理论模型来研究这一问题。我们的模型将行星陷阱与标准核吸积图像相结合，其中形成行星核的效率直接与盘中的尘埃密度或金属丰度（[Fe/H]）相关。我们统计计算了行星形成频率（PFFs）以及使气体吸积变得足以有效形成木星型行星的轨道半径（$<R_{rapid}>$）。考虑了三类特征系外行星族群：热木星、密集分布于 1 AU 附近的系外木星，以及诸如超级地球的低质量行星。我们探讨了这三类族群的 PFFs 和 $<R_{rapid}>$ 随金属丰度（$-2 \leq$[Fe/H]$\leq -0.6$）变化的行为。我们表明，总 PFFs 随金属丰度稳步增加，这是核吸积图像的直接结果。在本文考虑的整个金属丰度范围内，低质量行星族群多于木星型行星。木星型行星在 [Fe/H] 高于 -1 时对 PFFs 有贡献。我们发现热木星在比系外木星更低的金属丰度下形成。这源于行星核被其宿主陷阱向内输运，由于核生长较慢，该效应在低金属丰度盘中更为显著。系外木星的 PFFs 在 [Fe/H] 约为 -0.7 时超过热木星。最后，我们表明形成木星型行星的临界金属丰度为 [Fe/H] -1.2，该值是通过比较热木星与低质量行星的 $<R_{rapid}>$ 值评估得出的。该比较本质上与两者之间不同的气体吸积效率相关。