超级地球至超级木星系外行星的结构与演化：I. 内部重元素富集

我们考察了当前行星模型中的不确定性，并量化了它们对行星冷却历史和质径关系的影响。这些不确定性包括：(i) 用于表征重物质热力学性质的各种状态方程之间的差异，(ii) 重元素在行星内部的分布，(iii) 它们的化学组成，以及 (iv) 它们对行星演化的热贡献。我们将包含气态 H/He 包层的模型与固态、无气体的类地行星模型进行了比较，以考察气态包层对冷却及最终半径的影响。我们发现，当重物质分数超过行星质量的 20\% 时，重元素在行星内部的分布会显著影响演化，从而影响给定年龄下的半径。对于具有大核心质量分数（$\simgr$ 50\%）的行星，如海王星质量的凌日行星 GJ436b，核心的引力能和热能对行星冷却历史的贡献不可忽略，在 1 Gyr 后对半径产生约 10\% 的影响。我们表明，对大质量行星 Hat-P-2b 的当前质量和半径测定要求其内部至少含有 200 $\mearth$ 的重物质，这处于行星形成核吸积模型当前预测的边缘。我们表明，如果改进的核吸积模型所预测的质量高达 $\sim$ 25 $\mjup$ 的行星能够形成，那么即使在核心质量高达 $\sim$ 100 $\mearth$ 的情况下，氘也能在核心上方的 H/He 层中燃烧。我们提供了从 10 $\mearth$ 到 10 M$_{\rm Jup}$、具有不同重元素分数的广泛行星演化模型网格。