具有厚富氢大气的亚海王星系外行星中氢化物的稳定性
地球与行星天体物理
2024-01-08 v1 材料科学
摘要
许多亚海王星系外行星被认为由厚氢主导的大气和高温重元素核心组成。基于大气-内部边界处氢与硅酸盐/金属之间无化学反应的假设，先前的研究将亚海王星的核心建模为熔融硅酸盐和金属（岩浆）。在大亚海王星中，大气-岩浆边界处的压力可达数十吉帕，此时氢为稠密液体。最近的一项实验表明，在与大气-内部边界相关的压力-温度条件下，氢可以诱导 (Mg,Fe)O 中的 Fe 还原为 Fe 金属。然而，行星内部丰富的重元素之一 Mg 是否保持氧化态或能被 H 还原尚不清楚。我们在激光加热金刚石压砧中的实验发现，在 H 介质中将 MgO + Fe 加热至 3500–4900 K（接近或高于其熔化温度），在 8–13 GPa 下会形成 MgFeH 和 HO。在 26–29 GPa 下，体系行为发生变化，在 H 流体中检测到 Mg-H 和 HO，并伴有单独的 FeH。这些观察结果表明 H 解离了 Mg-O 键，随后生成氢化物和水。因此，大气-岩浆相互作用可能导致亚海王星系外行星的矿物学与岩石行星根本不同。较高压力下化学反应的变化也会影响亚海王星系外行星的大小分布（即“半径悬崖”）和大气化学。
引用
@article{arxiv.2401.02637,
title = {Stability of Hydrides in Sub-Neptune Exoplanets with Thick Hydrogen-Rich Atmospheres},
author = {Taehyun Kim and Xuehui Wei and Stella Chariton and Vitali B. Prakapenka and Young-Jay Ryu and Shize Yang and Sang-Heon Shim},
journal= {arXiv preprint arXiv:2401.02637},
year = {2024}
}