挥发性与硫比率能恢复气态巨行星的积聚历史
摘要：探测外行星大气中的二氧化硫的新能力为测量硫的丰度提供了机会，从而直接检验行星形成的竞争模式。与频繁观测到的碳和氧不同，硫的主要分子不易挥发，在原行星盘中几乎完全以固态形式存在。这种差异导致了行星形成的不同模型对气态巨大行星的预测组成不同。基于行星物质模型预测近似于恒星碳/硫和氧/硫比率，而基于鹅卵石积聚模型更常预测远超恒星比率。为了探索二氧化硫在传输光谱中的可检测性和其在诊断行星形成方面的能力，我们提出了一系列大气光化学模型和相应的WASP-39b（已被探测到二氧化硫）的合成光谱。我们的3D模型包含11^3个模型（涵盖了1-100倍太阳C、O和S的丰度比）以及对应不同晨昏线和平均终结线的热廓线传输光谱。我们的模型表明，对于类似WASP-39b的O/H和C/H增强约为太阳的10倍的情况下，只有当C/S和O/S <~ 1.5时才能观测到二氧化硫，并且WASP-39b报道的1-10 ppm的二氧化硫丰度可能更符合行星物质积聚模型而不是鹅卵石积聚模型（尽管一些鹅卵石模型也能够预测到类似的低比率）。在高金属丰度大气中更极端的C/S和O/S比率可能是可探测的，这表明更小、更富金属的气体和冰巨大行星可能是特别有趣的目标，用于测试行星形成模型。未来的研究应该探索SO2对更广泛的行星和恒星参数的依赖性，包括典型的SO2行星WASP-39b，以及其他热木星和较小的气体巨大行星。
作者：Ian J.M. Crossfield
论文ID：2303.17622
分类：Earth and Planetary Astrophysics
分类简称：astro-ph.EP
提交时间：2023-08-02