A very early origin of isotopically distinct nitrogen in inner Solar System protoplanets
了解太阳系及更远的地方生命必需的挥发物（如N）的起源，对于评估岩石行星的潜在可居住性至关重要。然而，究竟是内太阳系的行星从一开始就吸积了这些挥发物，还是外太阳系的外生物质提供了这些挥发物，目前还没有很好的了解。利用先前发表的铁陨石中Ni、Mo、W和Ru的核合成异常及其15 N-14 N比值的数据，我们证明了最早形成的内外原行星盘中的原行星吸积了同位素不同的N。虽然太阳和木星从星云气体中捕获了N，但内外盘中同时生长的原行星可能从有机物和/或尘埃中获得了它们的N-每个水库都有不同的N同位素组成。内太阳系原行星的一个明显的N同位素特征，加上它们的快速吸积，表明在CAIs形成后的0-0.3百万年，非星云的、同位素处理过的N在它们的生长区无处不在。由于块状硅酸盐地球的15 N-14 N比介于太阳系内外的储层之间，我们推断现今岩石行星中的N代表了太阳系内外物质的混合物。
2021-05-11 astro-ph.EP physics.geo-ph
Long-term evolution of the temperature structure in magnetized protoplanetary disks and its implication for the dichotomy of planetary composition
本研究通过模拟磁化层流原行星盘的长期热演化，结合最新吸积加热认知与风致质量损失，揭示了吸积加热的空间分布规律，并解释了1-10地球质量行星的水含量二分性成因。
2025-04-15 astro-ph.EP astro-ph.SR
Thermal instability and rocky planetesimal formation in the inner regions of protoplanetary disks
Institute of Science Tokyo（东京科学大学）；National Astronomical Observatory of Japan（日本国立天文台）
研究通过尘埃自聚集机制探讨原行星盘内区热不稳定性对类地行星esimal形成的影响，提出热不稳定性驱动MRI周期性激活与失活，促进行星esimal形成。
2026-08-05 astro-ph.EP
A Super-Solar Metallicity For Stars With Hot Rocky Exoplanets
主恒星的金属丰度提供了一个衡量行星形成时原行星盘中的条件。使用超过20，000个开普勒恒星的样本，从LAMOST调查光谱金属丰度，我们探讨了系外行星人口如何依赖于宿主恒星金属丰度作为轨道周期和行星大小的函数。我们发现轨道周期小于10天的系外行星优先出现在富金属恒星周围（[Fe/H]~ 0.15 +-0.05 dex）。这些热的系外行星的出现率从亚太阳金属量恒星的10%增加到超太阳金属量恒星的30%。较冷的系外行星，存在于较长的轨道周期，构成系外行星种群的大部分，出现率>~ 90%，其主恒星金属丰度与太阳一致。在短轨道周期（P<10天），热岩石行星（<1.7 R_Earth）的主恒星金属丰度差异最大，金属丰度差异为[Fe/H] =~ 0.25 +- 0.07 dex。富含金属的恒星周围有过多的热岩石行星，这意味着它们要么与热行星有着共同的形成机制，要么在原行星盘的内边缘追踪到一个行星陷阱，这是金属含量依赖的。我们没有发现统计学上显著的证据，以前确定的趋势，小行星的宜居带周围的低金属丰度的恒星优先发现。反驳或确认这一趋势需要更大的光谱金属丰度样本。
2016-09-19 astro-ph.EP astro-ph.SR
Bifurcation of planetary building blocks during Solar System formation
地球化学和天文学证据表明，行星形成发生在两个空间和时间分离的水库。这种二分法的起源是未知的。我们使用数值模型来研究太阳原行星盘的演化如何影响原行星形成的时间和它们的内部演化。水雪线的迁移可以产生两个不同的星子形成的爆发，采样不同的源区域。这些储层以不同的地球物理模式演化，并形成不同的挥发分含量，与吸积年代学、热化学和太阳系内外质量差异的约束一致。我们的模拟结果表明，组成分馏和同位素二分法的太阳系是由磁盘动力学，非均匀吸积和内部演化形成的原行星之间的相互作用。
2021-01-21 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.geo-ph
Rocky Planetesimal Formation via Fluffy Aggregates of Nanograins
几个证据表明，原始陨石中的硅酸盐颗粒不是星际颗粒，而是早期太阳系形成的凝聚物。此外，基质颗粒的尺寸分布在方解石意味着这些冷凝物可能形成为纳米尺寸的颗粒。因此，我们提出了一个新的方案，岩石星子的形成，纳米尺寸的硅酸盐颗粒的蒸发和再冷凝事件在早期太阳星云，岩石星子形成通过这些纳米颗粒的聚集。我们揭示了硅酸盐纳米颗粒可以通过直接聚集生长成岩质星子，而不会发生灾难性的碎裂和严重的径向漂移，我们的结果为太阳系中的原行星形成提供了合适的条件。
2016-11-11 astro-ph.EP
Linking the primordial composition of planet building disks to the present-day composition of rocky exoplanets
本研究结合恒星演化、化学计量与行星内部模型，探究低质量岩质行星及其宿主恒星的成分联系，发现铁-硅酸盐分数强相关而水分数不相关。
2024-10-23 astro-ph.EP astro-ph.SR
Geophysical Evolution During Rocky Planet Formation
行星形成盘和岩石系外行星的天文学特征的进步突出了需要增加跨学科的努力，以了解地球世界的诞生和生命周期在一个统一的图片。在这里，我们回顾了主要的地球物理和地球化学过程，塑造了岩石行星和它们的前身星子在行星形成和早期演化的演变，以及这些地图上的天体物理时间轴和不同的吸积环境的行星生长。原行星的核心-地幔-大气耦合系统的演化在热、成分和结构状态上偏离到一阶，并最终塑造了关键的行星特征，这些特征可以区分行星的表面条件。探索岩石系外行星的天文学活动将需要在行星材料的实验室表征和行星演化的时间和空间分辨理论模型方面取得重大进展，以将行星科学扩展到太阳系之外，并限制像我们这样的可居住世界的起源和频率。
2022-03-18 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.ao-ph
Elevated Eccentricities in the Radius Valley Hint at Water-Rich Mini-Neptunes
Rice University（莱斯大学）
研究通过N-body模拟发现，半径谷附近的偏心率峰值暗示迷你海王星可能由岩石和冰态行星组成，揭示了水丰富的行星形成机制。
2026-02-26 astro-ph.EP
Emergence of Protoplanetary Disks and Successive Formation of Gaseous Planets by Gravitational Instability
我们使用电阻磁流体动力学模拟与嵌套网格技术来研究形成的原行星盘周围的原恒星从分子云的核心，提供了现实的环境，行星形成。我们发现，气态行星质量的物体形成在早期的演化阶段的重力不稳定性的区域，是从磁场解耦和周围的注入点的磁流体流出在形成阶段的原行星盘。磁退耦使大质量盘形成，这些盘受到引力不稳定性的影响，即使在~ 10 AU。在盘中频繁形成行星质量的物体暗示了构建混合行星形成场景的可能性，其中岩石行星后来在原行星盘中的巨行星的影响下形成。
2010-06-29 astro-ph.EP astro-ph.SR
Protoplanetary disk chemistry and structure
本综述聚焦地球生命必需的六种元素，结合ALMA与JWST的观测能力，概述原行星盘化学结构的现有研究进展，为理解行星多样性与宜居行星形成提供化学视角参考。
2024-10-30 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.SR
A compositional link between rocky exoplanets and their host stars
恒星和行星都是从周围的圆盘吸积物质形成的。因为它们是从相同的材料中生长出来的，理论预测它们的成分之间应该有某种关系。在这项研究中，我们寻找岩石系外行星和它们的宿主恒星之间的成分联系。我们从岩石系外行星的质量和半径估算出它们的铁质量分数，并将其与它们的宿主恒星的成分进行比较，我们假设这反映了原行星盘的成分。我们发现这两个量之间存在相关性（但不是1：1的关系），斜率>4，我们认为这是由于行星形成过程。超级地球和超级水星似乎是不同的群体，具有不同的组成，这意味着它们的形成过程存在差异。
2021-10-15 astro-ph.EP astro-ph.SR
Evolution of the Water Snow Line in Magnetically Accreting Protoplanetary Disks
太阳系中的类地行星含水量较低，这表明原行星形成于水雪线内。准确预测雪线位置随时间的变化为约束行星的形成过程提供了线索。本文研究了非理想磁流体动力学（MHD）模拟提出的层流磁场控制下的原行星盘中雪线的迁移。我们提出了一个经验模型的磁盘温度的基础上，我们的非理想MHD模拟，这表明吸积加热是显着效率低于湍流磁盘，并计算雪线位置随时间的推移。我们发现，雪线在磁吸积层流磁盘移动到目前的地球轨道内的恒星形成后1万年，而传统的湍流磁盘的时间是远远长于1万年。这一结果表明，要么岩石原行星形成于盘演化的早期阶段，要么原行星在靠近原太阳形成后向外移动到目前的轨道。
2021-05-27 astro-ph.EP astro-ph.SR
Direct imaging of molten protoplanets in nearby young stellar associations
在它们的形成和早期演化过程中，岩石行星由于与其他原行星的吸积碰撞而经历了多次全球熔化事件。对它们碰撞后的余辉（岩浆海洋）的探测和定性可以为太阳和太阳系外行星群的起源和演化提供重要线索。在这里，我们定量评估的观测前景，以检测辐射信号的形成行星覆盖的碰撞引起的岩浆海洋在附近的年轻恒星协会与未来的直接成像设施。我们已经比较了近红外和中红外仪器的性能估计将安装在ESO的极大望远镜（ELT），和一个潜在的天基任务称为大型干涉仪的系外行星（LIFE）。我们使用\textit{N} -不同恒星类型的行星形成体模型模拟了高能碰撞的频率和时间，并确定了产生的岩浆海洋与绝缘大气的冷却。我们发现，探测到至少一个岩浆海洋行星的概率取决于观测时间和岩石原行星之间的大气性质的分布。然而，探测年轻和近距离恒星目标的前景显着增加，这些目标显示出巨大撞击的最高频率。对于使用K波段（2.2 $μm$）ELT滤波器或5.6 $μm$ LIFE滤波器的密集侦察，$β$ Picture、Columba、TW Hydrae和Tucana-Horologium星协是探测熔融原行星的有希望的候选者。我们的研究结果激发了岩浆海洋行星的探索使用ELT和强调的重要性，天基直接成像设施，调查和表征行星形成和演化的太阳附近。
2018-11-18 astro-ph.EP
Anatomy of rocky planets formed by rapid pebble accretion I. How icy pebbles determine the core fraction and FeO contents
我们提出了一系列的论文，致力于建模的吸积和分化的岩石行星，形成卵石吸积的生命周期内的原行星盘。在这第一篇论文中，我们专注于如何积冰决定铁的分布之间的地幔（氧化的FeO和FeO $_{1.5}$）和核心（金属铁和FeS）。我们发现，最初的原始组成的冰丰富的材料导致，加热后的衰变的$^{26}$铝，广泛的水流和粘土矿物的形成内星子。金属铁溶解在液态水并以氧化磁铁矿Fe $_3$ O $_4$的形式沉淀。通过$^{26}$ Al进一步加热使粘土在约900 K的温度下不稳定。释放的超临界水蒸发了星子中的全部水含量。当达到1,700 K的硅酸盐熔化温度时，星子进一步分化成核心（主要由硫化铁FeS组成）和具有高比例氧化铁的地幔。我们建议，小行星灶神星的显着的FeO部分在地幔是其原始冰含量的证据。我们认为灶神星是火星、地球和金星通过卵石吸积而形成的原行星种群中幸存的一员。我们表明，核心的质量分数的增加和减少FeO的含量与行星质量的增加（在序列灶神星-火星-地球）是自然的解释增长的类地行星以外的水冰线通过吸积的鹅卵石含铁，主要是在金属形式与内在的低氧化度。
2023-01-26 astro-ph.EP
Sublimation of refractory minerals in the gas envelopes of accreting rocky planets
本文模拟卵石吸积原行星气体包层中多种难熔矿物的升华线，发现质量超过0.4个地球质量时矿物全部升华，并用FeS升华与硫扩散流失解释火星和地球的硫丰度。
2023-08-10 astro-ph.EP
Early Initiation of Inner Solar System Formation at Dead-Zone Inner Edge
内太阳系具有独特的轨道结构，其中水星轨道内没有行星，质量集中在金星和地球轨道周围。这些特征的起源仍然不清楚。我们提出了一个新的概念，内太阳系的积木形成在死区内边缘的早期阶段的原太阳盘的演化，在那里的磁盘被有效地加热盘吸积。首先，我们计算了尘埃在具有死区的气体盘中的演化，得到了岩质星子的空间分布。盘被允许通过粘性扩散和磁驱动风来演化。我们发现，岩石星子形成的$\sim$ 1 Au的总质量相当于目前的内部太阳系的质量在磁盘演化的早期阶段在$\lesssim0.1$百万年内的浓度。基于星子分布和气体盘结构，我们随后进行了原行星的\textit{N}体模拟，以研究行星系的动力学结构。我们发现，原行星可以成长为行星没有显着的轨道迁移，因为快速清除的内盘的磁驱动盘风。我们的模型可以解释内太阳系轨道结构的起源。其他几个特征，如岩石成分，也可以用岩石星子的早期形成来解释。
2021-10-13 astro-ph.EP
Anatomy of rocky planets formed by rapid pebble accretion II. Differentiation by accretion energy and thermal blanketing
我们探讨了岩石行星的加热和分化，通过快速的卵石吸积生长。我们的类地行星生长在冰线之外，最初以质量计吸积了28%的水冰。当原行星达到质量为$0.01\,M_{\rm E}$时，水的吸积停止，此时气体包层变得足够热，使冰升华，并通过循环流将蒸汽输送回原行星盘。$^{26}$ Al衰变释放的能量融化了积冰，形成粘土（层状硅酸盐）、氧化铁（FeO）和一个质量是地球现代海洋十倍的水表层。当有效吸积温度超过300 K时，海气系统发生逃逸温室效应。失控的温室过程蒸发了水层，从而捕获了吸积热，并将表面加热到6,000 K以上。这导致地幔的上部融化并形成全球性的岩浆海洋。金属熔体从硅酸盐熔体和沉积物中分离出来，向岩浆海洋的底部移动;沉积释放的重力能量导致正反馈，行星开始分化，导致整个地幔熔化和分化。因此，所有岩石行星都自然地经历了岩浆海洋阶段。我们证明，地球的小过量的$^{182}$ W（$^{182}$ Hf的衰变产物）相对于辉长岩是一致的，这样的快速核心的形成在5万年内，随后由地球地幔中的W水库与$^{182}$ W-贫材料的行星质量的冲击器的核心平衡，只要平衡度至少是25%-50%，取决于初始的Hf/W比。行星碰撞肯定发生在类地行星主要吸积阶段至少3500万年后。
2023-01-26 astro-ph.EP
Giant Impact Events for Protoplanets: Energetics of Atmospheric Erosion by Head-on Collision
本研究通过平滑粒子流体动力学模拟分析年轻超级地球在正面巨型撞击下的大气损失，建立逃逸大气动能、撞击动能与核心自引力能之间的关系，并约束富大气岩质行星的形成情景。
2023-07-24 astro-ph.EP
Natural separation of two primordial planetary reservoirs in an expanding solar protoplanetary disk
陨石显示非碳（NC）和碳（CC）组之间的同位素组成二分法，表明在太阳原行星盘的星子形成发生在两个不同的水库。流行的观点是，一个快速形成的木星充当了这些水库之间的屏障。在这个模型中，我们发现了一个根本的不一致：如果木星是一个有效的漂流卵石块，那么内部NC水库耗尽径向漂移几十万年。如果木星让物质通过它，那么这两个水库将混合。相反，我们证明了到达的CC卵石在内盘延迟了几百万年的粘性膨胀的原行星盘。我们的研究结果支持木星形成于外盘（>10 AU），并允许相当数量的CC物质通过它，并被类地行星吸积。
2022-04-22 astro-ph.EP astro-ph.SR
Rocky Worlds Limited to ~1.8 Earth Radii by Atmospheric Escape During a Star's Extreme UV Saturation
最近对低质量（<10 $M_{\oplus}$）系外行星的观测和分析发现，岩石行星的半径只有1.5-2 $R_{\oplus}$。对于岩石行星和气体包裹行星（或可能的水世界）之间二分法的原因存在两种一般假设：要么低质量行星不一定形成几重量的厚大气层。%，或者这些行星上的厚厚的大气层很容易在年轻母星的X射线和极紫外线（XUV）辐射的驱动下逃逸。在这里，我们表明，岩石和气体包围的行星之间的截止，由于流体动力逃逸是最有可能发生在平均半径为1.76 $\pm$ 0.38（2 $σ$）$R_{\oplus}$周围的类太阳恒星。我们研究了岩石行星半径的限制，通过流体动力学逃逸在很大范围内可能的模型输入，使用10,000个参数组合随机抽取合理的参数范围。我们发现岩石和气体包围的行星，同意与观察到的截止之间的截止。低质量行星的原始大气层极度膨胀，可用于XUV吸收的大截面导致在恒星XUV饱和的~ 1亿年阶段大气层完全丧失。相比之下，更大质量的行星有更少的膨胀大气和更少的逃逸，因此通过XUV饱和保持厚厚的大气，然后随着XUV和逃逸通量随时间的推移而无限期下降。我们的模型和系外行星数据之间的一致性使我们得出结论，流体动力学逃逸合理地解释了在1.5-2 $R_{\oplus}$范围内观察到的岩石行星大小和少数行星（“山谷”或“半径差距”）的上限。
2017-08-17 astro-ph.EP
The great dichotomy of the Solar System: small terrestrial embryos and massive giant planet cores
太阳系的基本结构是由内部的低质量类地行星和外部的巨行星所决定的。这是由于在原行星盘的气体成分的生命周期内，形成了一个多个胚胎系统，其内部盘的质量大约是火星的质量，外部盘的几个多地球质量的核心。胚胎/核心的质量分布中这种二分法的起源是什么？在本文中，我们表明，经典的过程中，从一个磁盘的星子失控和寡头增长不能解释这种二分法，即使原来的固体表面密度增加的雪线。相反，如果某些假设成立的话，漂浮的卵石被胚胎和核心吸积可以解释这种二分法。我们建议，卵石的质量流量是低的两倍，卵石的特征尺寸约为10倍小于雪线内比超越雪线（分别在日心距离$r<r_{ice}$和$r>r_{ice}$，其中$r_{ice}$是雪线日心距离），由于冰升华和分裂成一个集合的球粒大小的硅酸盐颗粒的冰卵石。在这种情况下，原始月球下质量的物体将在圆盘的两个区域以截然不同的速度增长。在雪线以内，这些天体的质量将接近火星的质量，而在雪线以外，它们将增长到$\sim 20$地球的质量。结果可能会随着假设参数的变化而发生定量变化，但在原行星质量分布中建立一个明确的二分法似乎是可靠的，前提是盘中有足够的湍流，以防止硅酸盐颗粒沉积成非常薄的层。
2015-06-04 astro-ph.EP
Pebble-driven Planet Formation around Very Low-mass Stars and Brown Dwarfs
我们进行了一个卵石驱动的行星人口合成研究，以调查行星周围的形成非常低质量的恒星和褐矮星，在（子）恒星质量范围之间的$0.01 \ M_{\odot}$和$0.1 \ M_{\odot}$。基于流动不稳定性对星子形成的数值模拟结果的外推，我们得到了原行星盘演化早期自引力阶段和晚期非自引力阶段的星子特征质量和原行星的初始质量。我们发现，最初的原行星形成的质量增加主机质量，轨道距离和减少磁盘年龄。在$0.1 \ M_{\odot}$的晚期M矮星周围，这些原行星可以通过卵石吸积成长为地球质量的行星。然而，在$0.01 \ M_{\odot}$的褐矮星周围，当最初的原行星在自引力盘中早期诞生时，行星不会长大到比火星质量大，当它们在非自引力盘中晚期诞生时，它们的生长停滞在$0.01$地球质量左右。在这些低质量恒星和褐矮星周围，我们没有发现气体巨星行星形成的通道，因为固体核心仍然太小。当最初的原行星只在水冰线上形成时，最后的行星通常具有${\gtrsim} 15\%$水团的质量分数。或者，当最初的原行星形成对数均匀分布在整个原行星盘上时，最终的行星要么是非常富含水（水团分数${\gtrsim}15\%$），要么是完全岩石（水团分数${\lesssim}5\%$）。
2020-04-15 astro-ph.EP astro-ph.SR
Toward a Deterministic Model of Planetary Formation VI: Dynamical Interaction and Coagulation of Multiple Rocky Embryos and Super-Earth Systems around Solar Type Stars
视向速度和凌日观测表明，太阳型恒星上的超级地球，其质量和周期可达~20 M_E和几个月，比那些质量为20 M_E的气体巨星更常见。在许多情况下，这些超级地球是多行星系统的成员，它们之间的相互动力学相互作用影响了它们的形成和演化。在本文中，我们修改了现有的数值人口合成方案，以考虑到原行星胚胎的相互作用，其不断发展的出生气盘，以及他们的密切散射和共振相互作用。我们表明，这是可能的一组紧凑的胚胎出现内部的冰线，生长，迁移，并聚集成紧密包装的车队，失速在其宿主恒星附近。在盘气耗尽后，它们经历轨道交叉、近距离散射和巨大撞击，形成多个岩石地球或超级地球，它们在约0.1AU的非共振轨道上运行，偏心率约为0.01 - 0.1。我们认为，大多数周期在几天到几周之间的难熔超级地球可能是通过这个过程形成的。这些超级地球与类海王星冰巨星的不同之处在于它们的紧凑尺寸和缺乏实质性的气体外壳。
2010-06-14 astro-ph.EP
Terrestrial Planet Formation in the Presence of Migrating Super-earths
轨道周期小于100天的超级地球在类太阳恒星周围非常丰富。这些行星不太可能在它们目前的位置形成。相反，它们可能是在距离恒星很远的地方形成的，然后向内迁移。在这里，我们使用N体模拟来研究超级地球对岩石行星吸积的影响。在我们的模拟中，一个或多个超级地球通过嵌入气体盘中的行星胚胎和微行星向内迁移。我们测试了各种迁移速度和配置。快速迁移的超级地球（$τ_{mig} \sim$ 0.01-0.1百万年）对原行星胚胎和微行星只有适度的影响。足够的物质存活下来，在超级地球的轨道外部形成岩石状的类地行星。相比之下，缓慢迁移的超级地球将岩石物质引导到它们的轨道内部，并强烈消耗类地行星形成区。在这种情况下，任何位于宜居带的地球大小的行星都是挥发性极高的，因此可能不是类地行星。
2014-09-11 astro-ph.EP
Giant planet formation in radially structured protoplanetary discs
我们最近对行星系形成的N体模拟，结合了被认为在行星形成过程中很重要的主要物理过程的模型（即气体盘演化、迁移、星子/巨石吸积、气体吸积到核心上等），已经成功地复制了观测到的系外行星群的一些广泛特征（例如低质量行星的紧凑系统，热彗星），但完全没有形成任何幸存的冷彗星。这一失败的主要原因是在气体吸积阶段，生长中的原行星快速向内迁移，导致这些天体进入靠近恒星的轨道。在这里，我们提出的模拟结果，检查形成的气体巨行星的原行星盘，径向结构，由于有效的粘性应力的空间和时间的变化，并表明，这样一个模型的结果在形成的人口冷气体巨人。此外，当与圆盘光蒸发和中央磁层空腔模型相结合时，模拟再现了在观测到的巨大系外行星周期分布中众所周知的热木星/冷木星二分法，周期谷在10-100天之间。
2016-05-13 astro-ph.EP
A radius valley between migrated steam worlds and evaporated rocky cores
本文提出一种耦合行星形成与演化模型，将水视为与H/He混合的蒸汽，自然重现了观测到的系外行星半径谷和半径悬崖，揭示了该特征由轨道迁移与大气光蒸发共同导致。
2024-01-09 astro-ph.EP
Chemical Evolution in a Protoplanetary Disk within Planet Carved Gaps and Dust Rings
最近对原行星盘的观测表明，尘埃热连续辐射图中的亚结构在原行星盘中很常见。这些子结构，最突出的环和间隙，形状和改变的化学和物理条件的磁盘，随着尘埃的大小分布。在这项工作中，我们使用一个热化学代码，专注于发生在气体耗尽的差距和富含尘埃的环经常观察到它背后的化学演变。这些空间位置的组成是非常重要的，因为气体和冰涂层颗粒最终将成为气体巨星的大气和/或岩石行星的种子的一部分。我们的模型表明，在间隙的中平面的尘埃温度增加，足以产生局部升华的关键挥发物，并推动分子层更接近中平面，而它减少在富尘环，造成更高的挥发物沉积到尘埃颗粒表面。此外，环本身提供了一个冻结陷阱，用于形成行星的局部流动中的挥发物，成为局部挥发物增强的场所。在气体耗尽的差距，线发射取决于几个不同的参数，如：在表面密度的差距的深度，尘埃子结构的位置，和丰富的常见气体示踪剂，如CO。为了打破这种不确定性之间的丰度和表面密度，其他方法，如磁盘运动学，成为必要的限制磁盘结构及其化学演变。
2020-10-15 astro-ph.EP
Volatile depletion in rocky planets as a chemical fingerprint of hybrid accretion
University of Copenhagen（哥本哈根大学）；ETH Zürich（苏黎世联邦理工学院）；University of Alabama（阿拉巴马大学）；University of Nevada, Las Vegas（内华达大学拉斯维加斯分校）；University of Arizona（亚利桑那大学）
本研究结合 pebble 吸积与星子碰撞生长建模，发现挥发性元素亏损是类地行星混合吸积的化学指纹，可通过元素特征推断行星吸积历史，为解释岩质系外行星化学多样性提供依据。
2026-09-28 astro-ph.EP
Migration traps as the root cause of the Kepler dichotomy
人们通常认为，“开普勒二分法”-在开普勒星表中有一颗凌日行星的行星系明显过多-反映了行星轨道相互倾斜的内在双峰性。在对行星形成进行了600次模拟之后，接着进行了模拟的开普勒观测，我们提出，这种明显的二分法反映了迁移量的差异和行星半长轴分离成不同的“集群”。我们发现，我们模拟的大质量系统迁移迅速，使更多的行星进入不到200天的轨道周期。外行星经常陷入迁移陷阱-一系列行星质量和位置，其中占主导地位的共同旋转扭矩阻止向内迁移-将系统分为两个集群。如果星系团足够分离，内部的星系团在动力学上会保持冷态，导致相互倾斜度较低，探测到多颗凌日行星的可能性较高。相反，我们模拟的低质量系统通常在200天内带来更少的行星，形成一个快速变得动态不稳定的单一集群，导致碰撞和高相互倾斜。我们提出了一种替代解释明显的开普勒二分法，在形成过程中的迁移陷阱导致开普勒探测窗口内的行星较少，相互倾斜只起次要作用。如果我们的假设是正确的，那么开普勒的STIP（具有紧密堆积的内部行星的系统）是逃脱了共同旋转陷阱捕获的行星样本，它们的大小可能是对原行星盘结构的有价值的探索。
2022-08-17 astro-ph.EP
Three regimes of extrasolar planets inferred from host star metallicities
大约一半半径小于四个地球半径的太阳系外行星（系外行星）的轨道周期很短。尽管它们数量庞大，但这些行星的组成在很大程度上是未知的。现有的证据表明，它们的组成范围从小的，高密度的岩石行星到低密度的行星，包括岩石核心，被厚厚的氢气和氦气包围。了解从气态行星到类地岩石世界的转变对于估计银河系中潜在的宜居行星数量并为行星形成理论提供约束是很重要的。在这里，我们报告的重元素的丰度（即，金属丰度）的400多颗恒星的600个系外行星候选人，并发现系外行星可以分为三个群体定义的统计上不同的（~ 4.5σ）金属丰度区域。我们将这些区域解释为反映了类地行星（半径小于1.7个地球半径）、具有岩石核心和氢氦包层的气体矮行星（半径在1.7到3.9个地球半径之间）以及冰或气体巨行星（半径大于3.9个地球半径）的形成机制。这些转变对应以及从动力学质量估计推断，这意味着主恒星的金属丰度，这是一个代理的初始固体库存的原行星盘，是一个关键的成分调节结构的行星系。
2014-05-29 astro-ph.EP
The Effect of Planets Beyond the Ice Line on the Accretion of Volatiles by Habitable-Zone Rocky Planets
行星形成的模型表明，巨行星对形成的类地行星的数量、质量和轨道有很大的影响。此外，它们在将雪线（水冰可以凝结的区域）外部形成的物质的挥发物输送到类地行星可以在其表面保持液态水的内部区域中发挥重要作用。我们提出了模拟的类地行星形成的后期阶段，从磁盘的原行星围绕太阳型恒星，我们包括一个巨大的行星（从1个地球质量到1个木星质量）在木星的轨道在~5.2 AU，但一组模拟。两个初始圆盘模型进行了检查相同的质量分布和总初始水含量，但不同的水含量分布。我们比较了行星的吸积速率和最终形成的水团质量分数。值得注意的是，在我们的模拟中形成的所有没有巨行星的行星都富含水，这表明巨行星同伴不需要向宜居带中的类地行星输送挥发物。相比之下，可能需要一颗质量至少是地球几倍的外行星来清除遥远地区的碎片，从而截断频繁的大撞击时期。从径向速度调查中对系外行星的观测表明，外部的类地行星可能很稀少，因此这里提出的结果表明，居住在我们银河系中的宜居行星的数量可能比以前认为的要多。
2014-03-20 astro-ph.EP
Rocky sub-Neptunes formed by pebble accretion: Rain of rocks from polluted envelopes
本文模拟10倍地球质量卵石吸积亚海王星的硅酸盐蒸气凝结析雨，发现其可持续Gyr尺度并使半径膨胀，导致标准模型高估H,He含量最多两倍。
2023-07-27 astro-ph.EP
Puffed-up Inner Rings and Razor-thin Outer Rings in Structured Protoplanetary Disks
利用ALMA Band 6观测6个双环原行星盘，发现内环尘埃层膨胀而外环显著沉降，揭示了尘埃沉降效率的径向依赖性，并指出外部沉降环是行星形成的优先场所。
2025-09-16 astro-ph.EP
Large Interferometer For Exoplanets (LIFE). XIV. Finding terrestrial protoplanets in the galactic neighborhood
本研究评估LIFE任务探测年轻恒星协会中冷却原行星的能力，发现其可探测距太阳系约100 pc内的热原行星，信噪比≥7，且短波长对降低探测阈值至关重要。
2024-10-17 astro-ph.EP astro-ph.IM physics.geo-ph
Protoplanet Collisions: Statistical Properties of Ejecta
岩石行星形成的最后阶段主要是月球到火星大小的行星胚胎之间的碰撞。这一阶段的模拟需要处理的困难，包括撞击后的材料，而不饱和的数值积分。一种常见的方法是通过将碰撞生成的材料聚集成具有相同质量的几个物体并将它们均匀地分散在碰撞点周围来包括碰撞生成的材料。然而，这种方法过度简化了碰撞材料的性质，忽略了在系统的最终结构和组成中发挥重要作用的特征。在这项研究中，我们提出了一个统计分析的轨道结构，质量和大小分布的胚胎-胚胎碰撞产生的材料，并显示它们如何可以用来开发一个模型，可以直接纳入数值积分。例如，我们的分析结果表明，碎片的质量在$10^{-7}$到$2\times 10^{-2}$地球质量的范围内遵循指数分布，指数为$-2.21\pm0.17$。撞击后的速度分布表明，大量的碎片向中心恒星散射。后者是一项新发现，可能与小行星带外部区域向类地行星吸积区输送物质的情况十分相关。最后，我们提出了一个分析模型的二维分布的碎片，可以直接纳入数值积分。
2021-10-06 astro-ph.EP
Inner rocky super-Earth formation: distinguishing the formation pathways in viscously heated and passive discs
超级地球的形成与原行星盘的结构密切相关，原行星盘决定了生长和迁移。在卵石吸积的情况下，行星生长到卵石隔离质量，在那里行星在气体盘上刻出一个小缺口，阻止卵石流量，从而阻止它的增长。卵石隔离质量与圆盘的纵横比成比例，这直接取决于圆盘的结构。我比较了超级地球在粘性加热盘和纯粹由中央恒星加热的盘中的生长与超级地球的观测。这使得超级地球的两种形成途径在内部系统中得以区分。在粘性加热的内盘中，在1百万年内生长的行星达到卵石孤立质量，直接对应于开普勒观测系统的推断质量，这些系统的特征是行星共振或不共振。然而，为了解释开普勒行星的周期比分布-大多数开普勒行星对都不处于平均运动共振配置-这些共振链的一小部分必须被打破。如果行星是在一个粘性加热的圆盘中早期诞生的，那么这些共振链就必须在没有行星合并的情况下被打破。如果超级地球形成较晚或在纯粹的被动盘中形成，卵石孤立质量太小，无法解释开普勒的观测结果，这意味着行星合并对最终的系统结构很重要。因此，共振行星系在气盘阶段就已经经历了合并，所以行星在达到5-10个地球质量后会被困在共振中。在不稳定性主导系统结构的情况下，系统不应该是具有相互倾斜的轨道的平坦的。这意味着未来对具有RV和凌日的行星系的观测可以区分这两种超级地球形成通道。（节略）
2019-08-23 astro-ph.EP
Earths composition: origin, evolution and energy budget
本文通过地球物理、地球化学和宇宙化学约束以及地球中微子实验数据，研究地球组成、起源与能量收支，确定地球放射成因热功率为20 TW，并限定难熔亲石元素丰度为CI球粒陨石的2.5至2.7倍。
2025-05-06 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.geo-ph
In situ accretion of gaseous envelopes on to planetary cores embedded in evolving protoplanetary discs
核心吸积假说认为，具有显著气体包层的行星在岩石/冰核形成后从原行星盘吸积它们。观测表明，这样的系外行星存在于广泛的轨道半径范围内，但不知道它们是否在原地吸积了它们的包层，或者起源于其他地方并迁移到它们目前的位置。我们认为嵌入在不断发展的粘性光盘，进行气体信封吸积原位轨道半径范围内$0.1-10\rm au$的固体核心的演变。此外，我们确定长期演化的行星，没有失控的气体吸积阶段后盘分散。我们发现：（1）具有$5 \rm M_{\oplus}$核的行星不会发生失控吸积。最大的包层包含了$2.8 \rm M_{\oplus}$，行星的轨道是$10 \rm au$。(ii)在$10 \rm M_{\oplus}$和$15 \rm M_{\oplus}$内核上的增加更有效。对于轨道半径$a_{\rm p} \ge 0.5 \rm au$，$15 \rm M_{\oplus}$核心总是经历失控的气体吸积。对于$a_{\rm p} \ge 5 \rm au$，除了一个核心之外，所有的$10 \rm M_{\oplus}$核心都经历了失控的气体吸积。没有行星在$a_{\rm p} = 0.1 \rm au$经历过失控的增长。(iii)我们发现，光盘分散后，行星与显着的气体信封冷却和收缩陀螺时间尺度，收缩时间敏感的不透明度假设。我们的研究结果表明，核心质量$\lesssim 15 \rm M_{\o…
2017-05-23 astro-ph.EP
Planet formation: key mechanisms and global models
行星形成的模型是建立在基本的物理过程之上的。为了理解行星的起源，我们必须首先了解它们的组成部分的起源。本评论分为两部分。第一部分详细描述了行星形成的六个关键机制：1）原行星盘的结构和演化2）星子的形成3）原行星的吸积4）生长行星的轨道迁移5）气体吸积和巨行星迁移6）行星迁移过程中的共振捕获。虽然这不是一个全面的清单，但它包括了近年来我们的理解发生了变化或仍然存在关键不确定性的进程。这篇评论的第二部分展示了全球模型是如何从行星形成过程中建立起来的。我们提出了全球模型来解释已知行星系的不同种群，包括近距离的小/低质量行星（即，超级地球），巨大的系外行星和太阳系的行星。我们讨论了岩石系外行星上的不同水源，并使用宇宙化学测量来限制地球水的起源。我们指出了不同模型的成功和失败，以及它们如何被证伪。最后，我们为行星形成研究的未来轨迹规划了一条路径。
2020-02-13 astro-ph.EP astro-ph.SR
The 3D dust and opacity distribution of protoplanets in multi-fluid global simulations
希尔球内部固体的丰度和分布是我们理解巨行星二分法的核心。在这里，我们提出了一个三维表征的尘埃密度，质量通量，并在亚热和超热质量行星的信封平均不透明度。我们在一个全球原行星盘模型中模拟了考虑尘埃反馈的多尘埃物种的动力学。我们发现，在Bondi球的尺度上，对流并不能有效地搅动尘埃颗粒。因此，由恒星引力势驱动的尘埃沉降决定了行星包层内纬度方向的尘埃密度梯度。不仅行星的潜力增强了这种梯度，而且螺旋尾迹也是另一个不对称的来源。这些不对称性大大改变了推断的平均Rosseland和Planck不透明度。在中等到强尘埃沉降的情况下，不透明度梯度的范围可以从百分之几到邦迪球的中平面和极区之间的两个数量级以上。最后，我们表明，这种强大的纬向不透明度梯度可以引入光学厚和薄制度之间的过渡，在行星信封的尺度。我们认为，这种转变很可能发生时，平衡尺度高度的百微米大小的颗粒小于希尔半径的形成行星。这项工作提出了问题，通过一个恒定的不透明度来自良好的混合分布，并表明需要全球辐射流体动力学模型的巨型行星形成占尘埃动力学。
2022-03-09 astro-ph.EP
On the Formation of Planets in the Milky Way's Thick Disk
本研究针对银河系厚盘近轨道小行星数量比薄盘少约50%的问题，通过模拟宇宙正午时期强辐射场对原行星盘的作用，解释了厚盘行星稀缺且岩质行星占比更高的成因。
2024-12-06 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.SR
An inflationary disk phase to explain extended protoplanetary dust disks
本文通过参数空间研究发现，高初始黏度、短落入时标和小离心半径可触发原行星盘暴胀阶段，从而解释太阳系延展尘埃盘、双区域星子形成及CAIs向外盘输运。
2023-07-03 astro-ph.EP physics.space-ph
Occurrence and core-envelope structure of 1--4x Earth-size planets around Sun-like stars
小行星，1- 4倍地球的大小，在类太阳恒星周围非常常见，令人惊讶的是，因为它们在我们的太阳系中缺失。最近的探测已经获得了关于这类系外行星的足够信息，可以开始描述它们的发生率，轨道，质量，密度和内部结构。开普勒任务发现最小的行星是最常见的，因为26%的类太阳恒星有1-2颗小的R_e行星，轨道周期在100天以下，11%有1-2颗R_e行星，接收1- 4倍的入射恒星通量，使我们的地球变暖。这些地球大小的行星均匀分布，轨道距离（几何学上）为0.4 AU，甚至可能更远。对33颗R_e为1-4的凌日行星的质量测量表明，其中最小的一颗（R < 1.5 R_e）具有岩石行星的密度。它们的密度随着半径的增加而增加，可能是由重力压缩引起的。包括太阳系行星的关系式为：ρ = 2.32 + 3.19 R/R_e [g/cc]。半径在1.5-4.0 R_e范围内的较大行星，其密度随着半径的增加而下降，揭示了围绕岩石核心的包层中低密度物质的数量增加，符合“迷你海王星”的称号。“~1.5 R_e的行星具有最高的密度，平均接近10 g/cc。气体巨行星优先出现在富含重元素的恒星周围，而岩石行星则出现在富含重元素的恒星周围。一种解释是，富含重元素的原行星盘中岩石核心的快速形成，使得气体在消失之前通过引力积累，形成巨行星。但1-4颗R_e行星的形成模型仍不确定。在没有探测到其他地方的生命或了解生命的生化起源的情况下，…
2014-04-10 astro-ph.EP
Diversity in planetary architectures from pebble accretion: Water delivery to the habitable zone with pebble snow
本研究开发PPOLs模型模拟卵石雪机制对行星系统架构的塑造，发现不同盘质量分数下产生三种系统架构，揭示了类太阳系架构在F和G恒星周围少见而在K和M恒星周围不常见的特征。
2025-09-17 astro-ph.EP
Revisiting equilibrium condensation and rocky planet compositions: Introducing the ECCOplanets code
本文介绍开源代码 ECCOplanets，通过吉布斯自由能最小化模拟原行星盘凝聚，系统分析了压力和元素丰度对凝聚温度的影响，并验证了不同供食区模型能有效再现岩质行星的整体组成。
2023-07-06 astro-ph.EP astro-ph.IM
The cosmochemistry of planetary systems
University of Copenhagen（哥本哈根大学）；Université de Paris（巴黎大学）；Lund University（隆德大学）；ETH Zurich（苏黎世联邦理工学院）
本文综述了利用太阳系物质的化学和同位素组成约束类地行星形成路径，提出流动不稳定性和卵石吸积模型可解释观测特征，并影响行星宜居性。
2025-10-27 astro-ph.EP
Carbon from Interstellar Clouds to Habitable Worlds
University of Michigan（密歇根大学）；University of Minnesota（明尼苏达大学）；Rice University（莱斯大学）
研究探讨了星际云碳如何通过行星形成过程影响宜居世界，揭示了碳供应、损失及行星形成机制的关键因素。
2026-02-10 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.SR
Formation of short-period planets by disk migration
原行星盘被认为在轨道周期为10天左右时被截断。因此，具有$P < 10$天的岩石短周期行星的起源是一个谜。我们认为，这些行星中的许多可能是通过行星锁定在一个相互平均运动共振链中的I型迁移形成的。我们对嵌入原行星盘中的行星胚胎进行了N体模拟。这些胚胎经历了重力散射、碰撞、盘扭矩以及轨道偏心率和倾角的阻尼。然后，我们使用开普勒管道的过境概率和检测效率的前向模型对这些行星的开普勒观测进行建模。我们发现行星被锁定在一长串的平均运动共振中，这些共振是一致迁移的。当链条到达圆盘的边缘时，由于作用在链条中更远的行星上的圆盘扭矩，内部行星被推过边缘。我们的模拟系统成功地再现了观测到的短周期开普勒行星的周期分布之间的1和2 $R_\oplus$。然而，我们得到的短周期行星比开普勒样本中的少。我们的研究结果提供了宝贵的见解行星形成的过程中，并建议共振锁，迁移和动力学不稳定性发挥重要作用的形成和演化的小型系外行星。
2019-03-05 astro-ph.EP
Where are the Water Worlds? Identifying the Exo-water-worlds Using Models of Planet Formation and Atmospheric Evolution
本研究结合行星形成与大气演化模型，模拟与观测半径谷一致的行星系，发现G型和M型恒星周围分别有≥10%和≥20%的裸行星为水世界，且多位于10天周期外，建议针对长周期行星进行识别。
2024-02-07 astro-ph.EP astro-ph.SR
Bridging the Planet Radius Valley: Stellar Clustering as a Key Driver for Turning Sub-Neptunes into Super-Earths
大小介于地球和海王星之间的太阳系外行星（$R_{\rm p}=1{-}4~{\rm R}_\oplus$）具有双峰半径分布。这个“行星半径谷”将致密的岩石超级地球（$R_{\rm p}=1.0{-}1.8~{\rm R}_\oplus$）与更大的亚海王星（$R_{\rm p}=1.8{-}3.5~{\rm R}_\oplus$）分开，后者的岩石核心周围有一个气态氢氦包层。对于这个半径谷，人们提出了各种各样的假设，这些假设都依赖于行星系内部的物理学：主恒星的光蒸发，冷却行星核心驱动的长期质量损失，或者两种根本不同的行星形成模式之间的转变，因为气体从原行星盘中流失。在这里，我们报告的发现，行星半径分布表现出强烈的依赖于周围的恒星集群，其特征在于测量的位置-速度相空间密度与\textit{Gaia}。当将行星样本分为“场”和“密度过大”子样本时，我们发现，与相空间密度过大的系统相比，场中的行星系在半径谷以下表现出统计上显著（$p=5.5\times10^{-3}$）的行星缺乏。这意味着行星系的大尺度恒星环境是决定行星半径分布的关键因素。我们讨论了如何半径谷模型可能会修订后，我们的研究结果，并得出结论，需要一个多尺度，多物理场景，连接行星形成和演化，恒星和星团的形成，星系演化。
2020-11-23 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.SR
C/O and Mg/Si Ratios of Stars in the Solar Neighborhood
原行星盘中的碳氧比会对任何类地行星的组成产生巨大的影响。在高C/O的区域，行星主要由碳酸盐形成，在低C/O的区域，镁与硅的比例决定了占主导地位的硅酸盐的类型。我们目前的C/O和Mg/Si比为849 F，G和K矮星在太阳附近。我们发现太阳附近富碳矮星的频率< 0.13%，样本中的156颗已知行星宿主遵循与所有恒星相似的分布。这些相同恒星的Mg/Si宇宙分布比C/O分布更宽，峰值接近1.0，其中$\sim 60$ %的系统具有$1 \leq$ Mg/Si $< 2$，导致岩石行星的组成与地球相似。这使得40%的系统可以拥有富含硅酸盐的行星，并且可能具有与我们自己非常不同的成分。
2016-08-22 astro-ph.EP astro-ph.SR
On the Carbon-to-Oxygen Ratio Measurement in Nearby Sunlike Stars: Implications for Planet Formation and the Determination of Stellar Abundances
最近对附近FGK恒星的高分辨率光谱分析表明，大于0.8甚至1.0的高C/O比是相对常见的。两个已发表的星表在25-30%的系统中发现C/O $>0.8$，在$\sim$中发现C/O $>1.0$ ~6- 10%。有人认为，在原行星盘与C/O $>0.8$，冷凝途径难熔固体将发生在我们的太阳系，在那里的C/O $=0.55$不同。据计算，富含碳的盘状物是以碳为主的岩石行星，而不是以氧为主的行星。在这里，我们认为，推导出的恒星C/O比被高估。限制高C/O频率的一个因素是在大量低质量恒星样本中发现的碳矮星（$10^{-3}-10^{-5}$）相对较少。我们建议这种高估的原因，包括高C/O比的太阳大气模型用于差分丰度分析，治疗的Ni混合物，影响O丰度，和一维LTE恒星大气模型的局限性。此外，从测量的恒星C/O比的估计误差中，我们发现高C/O尾的意义被削弱了，在10- 1- 5%的恒星中，C/O $>0.8$的真实测量分数为1%-5%，C/O $>1.0$为1%-5%，尽管这些仍然可能被高估。我们认为，红外T矮星光谱可以显示恒星附近的高C/O有多普遍，因为这些物体的化学和光谱与具有类似太阳丰度的物体相比会有所不同。虽然在C/O $>0.8$上是可能的，但我们预计碳占主导地位的岩石行星比其他人认为的要罕见。
2012-04-12 astro-ph.EP astro-ph.SR
Dust Condensation in Evolving Discs and the Composition of Planetary Building Blocks
来自太阳星云的尘埃的部分凝结可能是内太阳系中陨石和岩石行星/微行星的化学成分多样的原因。我们提出了一个前向物理化学模型的原行星盘预测的化学成分的行星积木，可能会形成这样的磁盘。我们的模型包括了尘埃盘的物理演化和尘埃盘内的凝结、部分平流和解耦，凝结物的化学成分随时间和半径而变化。我们比较了两个尘埃冷凝模型的结果：一个是当圆盘中的中平面温度低于该元素的50\%冷凝温度（$\rm T_{50}$）时，该元素冷凝，另一个是通过吉布斯自由能最小化技术假设在当地圆盘温度和压力下的化学平衡来计算尘埃的冷凝。两种模型的计算结果基本一致，但$\sim 10$随径向距离和单元凝结温度的变化存在系统性差异。这两个模型预测的组合物相似的CM，CO，CV的尘埃的去耦时标的光盘或更长的进化时标的顺序。如果解耦时间尺度太短，则组成显著偏离测量值。这些模型可能有助于我们理解陨石的化学成分，并最终理解太阳系中的类地行星，并可能限制岩石系外行星的潜在化学成分。
2020-04-23 astro-ph.EP
