Под светом новой звезды: эволюция планетных атмосфер за счет рассеяния и кипения протопланетного диска

Сводные свойства планет в начале УФ-фотоиспарения из моделей на рисунке 6 с постоянными равновесными температурами 600 К, 900 К, 1200 К и 1500 К выделены синим, зеленым, оранжевым и красным цветом соответственно. Мы предполагаем, что диск распространяется со скоростью 𝑡disp = 3 × 106 лет с временным масштабом дисперсии диска 𝜏disp = 105 лет, и все это приводит к фотоиспарению с преобладанием XUV-диапазона в течение ∼4 млн лет, что в этих моделях точно совпадает с локальной дисперсией протопланетного диска. На левой панели показана массовая доля атмосферы. Зеленые линии с квадратами представляют результаты работы Owen & Wu (2016), в которой кипение осуществлялось при 900 К с начальной массовой долей воздуха 0,3 и 0,1 в пунктирных и пунктирных линиях соответственно (обратите внимание, что начальные массовые доли воздуха в моделях self -последовательно за счет газовой аккреции). На правой панели показаны размеры планет, в том числе лишенных атмосферы (массовая доля атмосферы

Атмосферы небольших близлежащих экзопланет подвержены быстрой потере массы, поскольку протопланетный диск рассеивается в результате процесса, называемого «кипением», когда удерживающее давление местного газового диска снижается, что приводит к потере и сжатию атмосферы. Мы строим самосогласованные модели эволюции планеты в процессе аккреции и кипения газового ядра.

По мере того как окружающий диск газ рассеивается, планеты теряют массу из-за дозвуковых бризов, что обеспечивает причинную связь между диском и планетой. Планеты изначально аккумулируют ∼10% массы атмосферы, однако кипение может удалить ≳90% этой массы при рассеянии диска. Мы показали, что конечная массовая доля атмосферы планеты во многом определяется соотношением времени остывания и времени дисперсии диска, а также массой ядра планеты и равновесной температурой.

Благодаря охлаждению ядра и радиоактивности мы показали, что светимость ядра в конечном итоге приводит к переходу от кипения к потере массы, которая подпитывается ядром. Мы обнаружили, что у меньших планет, расположенных ближе к звезде-хозяину, вся атмосфера может быть удалена из-за сочетания кипения и потери массы, вызванной ядром, во время дисперсии диска, что подразумевает разрыв в радиусе на уровне популяции, который возникает при дисперсии диска.

Мы также рассматриваем переход от потери массы за счет кипения/энергии ядра к рентгеновскому фотоиспарению/EUV (XUV), рассматривая проникновение звездных XUV-фотонов под акустическую поверхность планеты. Наконец, исследователи показали, что планеты могут открывать дыры в своих протопланетных дисках на поздних стадиях кипения, что может увеличить скорость потери массы.

Джеймс Дж. Роджерс, Джеймс Э. Оуэн, Хелк Э. Шлихтинг

Комментарии: 18 страниц, 8 номеров. Он был повторно представлен в MNRAS после умеренных доработок. Комментарии приветствуются
Темы: Земная и планетарная астрофизика (астро-ф.ЭП)
Цитировать как: arXiv:2311.12295 [astro-ph.EP] (Или arXiv:2311.12295v1 [astro-ph.EP] для этой версии)
Дата подачи
От: Джеймс Роджерс
https://arxiv.org/abs/2311.12295
Астробиология