行星族群合成与四类行星系统构型的涌现
地球与行星天体物理
2023-03-02 v1
摘要
行星族群合成是理解行星系统形成物理过程的工具。它建立在一个包含众多物理过程的模型之上,其结果可与系外行星观测进行统计比较。本文回顾族群合成方法,并利用一个族群探究不同行星系统构型如何涌现以及何种条件导致其形成。系统可分为四类主要构型:I 类为近原位、成分有序的岩质与冰行星;II 类为经迁移的次海王星;III 类为混合的低质量与巨行星,大体类似太阳系;IV 类为无内部低质量行星的动力学活跃巨行星。这四类具有典型的形成路径,并以特定质量尺度为特征。I 类系统由星子局地吸积继以巨碰撞阶段形成,最终行星质量对应“Goldreich 质量”。II 类系统在行星于气体盘消散前达到“相等质量”(吸积与迁移时标相等)、但尚不足以快速吸积气体时形成。当“相等质量”允许行星在迁移中快速吸积气体(即达到临界核质量)时,巨行星形成。四类的主要判别量为盘中初始固体质量,气体盘寿命与质量亦有贡献。分类有助于更好地理解哪些物理过程占主导。与观测比较揭示出与实际族群的差异,指向理论认识的局限。例如,I 类中合成超级地球与次海王星过多,导致这些行星出现在比观测更低金属丰度的环境中。
引用
@article{arxiv.2303.00012,
title = {Planetary Population Synthesis and the Emergence of Four Classes of Planetary System Architectures},
author = {Alexandre Emsenhuber and Christoph Mordasini and Remo Burn},
journal= {arXiv preprint arXiv:2303.00012},
year = {2023}
}
备注
Invited review accepted for publication in EPJ+, Focus Point on Environmental and Multiplicity Effects on Planet Formation by guest editors G. Lodato and C.F. Manara