热土星的狭窄形成路径：对初始行星属性的约束

观测到的系外行星族群表现出短周期土星质量行星的稀缺现象，这一现象被称为“热土星荒漠”。这种观测上的稀缺可用于验证有关气态行星形成与演化的理论。在本研究中，我们开展了大规模数值模拟，以探索环绕类太阳星和 M 型矮星的气态行星的初始条件如何影响它们在半长轴与行星半径 ($a$-$R$) 参数空间中的演化轨迹。我们通过系统改变气态行星的初始行星质量 ($M_{\rm p}$)、初始行星光度 ($L_{\rm p}$)、初始核质量分数 ($f_{\rm core}$) 和半长轴 ($a$)，生成了由 10,000 颗短周期气态行星组成的合成族群。此外，我们假设这些气态行星已经停止轨道迁移，并在考虑大气蒸发影响的情况下模拟了它们的长期热演化。我们的结果表明，初始质量、$L_{\rm p}$ 和 $f_{\rm core}$ 是控制短周期气态行星半径演化的主导因素。作为热土星类似物存活下来的关键似乎是在气态盘消散后拥有恰到好处的属性组合：$M_{\rm p}$ 低于 0.5 个木星质量 ($M_{\rm Jup}$)，$f_{\rm core}$ 达到 $\geq$ 30% 的实质性比例，以及相对较低的 $L_{\rm p}$（量级在 $10^{-6}$ 太阳光度 ($L_{\odot}$) 或更低）。热土星类似物的存活标准与通过核吸积场景形成的气态行星在理论上不利的初始条件相吻合，这自然解释了观测到的热土星荒漠边界。