第一批行星：行星形成的临界金属丰度
地球与行星天体物理
2015-06-04 v1
摘要
快速增长的观测结果表明，行星形成优先在高金属丰度条件下发生。在行星形成的核吸积模型中，这是预期的，因为需要重元素形成尘埃颗粒，这些颗粒沉降到原行星盘的中平面并凝聚成星子，进而组装成行星核。此外，观测证据表明，低金属丰度下星周盘的寿命更短，这很可能是由于对光蒸发更敏感。这里我们通过比较尘埃颗粒生长和沉降的时间尺度与盘光蒸发的时间尺度，估计了行星形成的最小金属丰度。对于多种星周盘模型和尘埃颗粒性质，我们发现行星能够形成的临界金属丰度是行星绕其主星轨道距离r的函数。以相对于太阳的铁丰度[Fe/H]作为金属丰度的代理，我们估计行星形成临界丰度的下限为[Fe/H]_crit ~ -1.5 + log(r/1 AU)，其中天文单位(AU)是地球与太阳之间的距离。该预测与现有观测数据一致，并对第一批行星的性质以及早期宇宙中生命的出现具有启示意义。特别地，它意味着第一批类地行星很可能形成于金属丰度Z > 0.1 Z_Sun的星周盘。如果发现行星绕低于临界金属丰度的恒星运行，这可能是对核吸积模型的强烈挑战。
引用
@article{arxiv.1203.4817,
title = {The First Planets: the Critical Metallicity for Planet Formation},
author = {Jarrett L. Johnson and Hui Li},
journal= {arXiv preprint arXiv:1203.4817},
year = {2015}
}
备注
12 pages, 5 figures; accepted for publication in ApJ