行星演化中的大气光蒸发 II：通过融合汽化和XUV驱动的逃逸来拟合半径谷的斜率
摘要：开普勒卫星揭示了亚海王星和超级地球之间的一个缺口，这是大气逸脱模型所预测的蒸发山谷。我们试图将简单的XUV驱动能量限制（ELIM）逸脱模型与直接流体动力学（HYDRO）模型进行对比。除了XUV驱动逸脱之外，后者还包括沸腾蒸发区域。我们将这两个模型结合到内部结构模型中，并跟踪行星在十亿年时间尺度上的演化。为了观察这两个模型在整体种群上的效果，我们首先采用矩形网格进行初始条件研究。然后，我们研究获得自开普勒行星的初始条件的山谷斜率。对于矩形网格，我们发现相对于轨道周期的山谷的幂律斜率分别为ELIM模型的-0.18和HYDRO模型的-0.11。对于由开普勒行星导出的初始条件，结果类似（-0.16和-0.10）。虽然ELIM模型得到的斜率比实际观测到的要陡峭，但HYDRO模型的斜率与观测非常吻合。斜率较为浅的原因是ELIM模型在两种情况下失败：首先，是低恒星辐射下的蓬松行星，对于它们，沸腾蒸发主导质量损失。然而，ELIM模型中没有考虑沸腾蒸发，因此它低估了相对于HYDRO的逸脱。其次，是高XUV辐射下的大质量紧凑行星，对于它们，ELIM近似高估了逸脱，因为没有考虑ELIM模型中的热传导冷却。这两种效应共同作用，使HYDRO模型得到了与观测非常吻合的山谷斜率。我们得出结论，包括沸腾蒸发和更现实的冷却机制处理方法的逸脱模型可以复现最重要的约束之一，即山谷斜率。
作者：Lukas Affolter, Christoph Mordasini, Apurva V. Oza, Daria Kubyshkina, Luca Fossati
论文ID：2307.02566
分类：Earth and Planetary Astrophysics
分类简称：astro-ph.EP
提交时间：2023-08-23