巨行星重元素含量趋势的核吸积起源

我们探究观测到的大质量系外行星中重元素趋势的起源。系外行星质量（$M_p$）和半径的更精确测量与行星结构模型相结合，使得估计这些行星中的总重元素质量（$M_Z$）成为可能。相应关系以幂律轮廓为特征，$M_Z \propto M_p^{3/5}$。我们发展了一个简化但具物理动机的分析，以研究在当前行星形成图景下该幂律轮廓如何产生。利用现有的卵石与星子吸积速率的半解析公式，我们的分析表明，若该关系追踪行星形成的最终阶段，则可很好地复现该关系。在此阶段，行星从有缝星子盘吸积固体，且气体吸积受盘演化限制。我们还发现，对于 $M_p < 10^3 M_{\oplus}$ 的行星，伴随气体吸积的尘埃吸积不对 $M_Z$ 有贡献。我们的发现与先前研究大体一致，但我们明确展示了星子动力学如何对更好理解该关系至关重要。尽管我们的方法简单，在采用相同假设时，我们也能复现由详细种群合成计算获得的行星金属性与 $M_p$ 相关性的趋势。我们的分析表明，卵石吸积在行星形成最终阶段不直接起作用，而卵石的径向漂移可能间接对行星金属增丰重要。确认我们的分析需要详细的数值模拟与更多观测数据。