内部加热热木星的结构与演化

热木星受到强烈的恒星辐射，产生 $1000 - 2500 \ \mathrm{Kelvin}$ 的平衡温度。入射辐射仅直接加热其薄外层，深度至 $\sim 0.1 \ \mathrm{bars}$ 压力处。在热木星的标准受辐照演化模型中，预测的凌星半径过小。先前的研究表明，更深的加热——其加热速率仅为辐射加热的一小部分——可以解释观测到的半径。在此，我们展示了一组 HD 209458b 的演化模型，其中我们系统性地改变内部加热的深度和强度，而不指定不确定的加热机制。我们的模型从一个热的高熵行星开始，其半径随着对流内部冷却而减小。所施加的加热抑制了这种冷却。我们发现，非常浅的加热——在 $1 - 10 \ \mathrm{bars}$ 压力处——不会显著抑制冷却，除非总加热速率 $\gtrsim 10\%$ 的入射恒星功率。在 $100 \ \mathrm{bars}$ 处更深的加热，仅需恒星辐射 $1\%$ 的加热速率即可解释经过 5 Gyr 冷却后观测到的 $1.4 R_{\rm Jup}$ 的凌星半径。总体而言，更强烈和更深的加热会导致更大的热木星半径。令人惊讶的是，我们发现沉积在 $10^4 \ \mathrm{bars}$ 处——位于该行星约 $99\%$ 质量之外——的热量，与在中心加热一样有效地抑制了行星冷却。总而言之，我们发现需要相对较浅的加热来解释大多数热木星的半径，前提是这种加热施加得早并持续贯穿其整个演化过程。