Influence of sub- and super-solar metallicities on the compositions of solid planetary building blocks
原行星盘的组成与主恒星的组成有关，主恒星的整体金属丰度较高，为行星提供了更多的构建模块。然而，大多数行星形成模拟仅将恒星铁丰度[Fe/H]与行星形成联系起来，而[Fe/H]本身被用作衡量所有元素的代理。但对恒星丰度的大规模调查表明，这是不正确的。我们在这里使用来自GALAH巡天的恒星丰度来确定Fe，Si，Mg，O和C的平均详细丰度，[Fe/H]范围从-0.4到+0.4。使用平衡化学模型，功能最重要的岩石形成分子以及挥发性的贡献H $_2$ O，CO $_2$，CH $_4$和CO，我们计算固体行星积木的化学成分。完全在水冰线内部形成的固体积木（T> 150 K）只显示出Mg $_2$ SiO $_4$的增加和MgSiO $_3$的减少，这与较高[Fe/H]时Mg/Si的增加有关。在水冰线（T<150 K）外部形成的固体行星积木显示出其组成的巨大变化。在我们的化学模型中，水冰含量从[Fe/H]=-0.4时的约$\sim$ 50%下降到[Fe/H]=0.4时的约$\sim$ 6%.这主要是由于随着[Fe/H]的增加而增加的C/O比引起的，其结合了气态CO和CO $_2$中的大部分氧，导致小的水冰分数。行星形成模拟与化学模型相结合证实了这些结果，显示超级地球的水冰含量随着宿主恒星金属丰度的增加而减少，这是由于C/O比的增加。这种水冰分数的减少对行星形成、行星的组成和围绕这些高金属丰度恒星…
2019-11-21 astro-ph.EP astro-ph.SR
The effect of core formation on surface composition and planetary habitability
一个分化的行星地幔的熔融生产力主要由其铁含量控制，而铁含量本身近似于行星的核心质量分数（CMF）。在这里，我们表明，估计系外行星的CMF允许强大的预测的厚度，成分和矿物学的衍生地壳。这些预测的地壳成分允许限制放置在表面和深层行星内部之间的挥发性循环，与可居住的行星表面的演变的影响。具有大型类地CMF（$\geq$ 0.32）的行星将呈现出薄壳，无法有效地将地表水和其他挥发物输送到下面的地幔中。相比之下，具有较小CMF（$\leq$ 0.24）和更高，类似火星的地幔铁含量的岩石行星将发展能够稳定含水矿物的厚壳，这可以有效地将挥发物隔离到行星内部，并在与演化相关的时间尺度上去除表面水。核心形成的程度对随后的行星表面环境有着深远的影响，并可能为寻找可居住的类地系外行星提供额外的限制。
2021-04-21 astro-ph.EP
Ariel Planetary Interiors White Paper
最近通过的Ariel欧空局任务将测量大量系外行星的大气成分。然后，这些信息将用于更好地约束行星的整体组成。虽然行星大气的组成与大部分内部之间的联系仍在研究中，但大气组成与测量的系外行星质量和半径的结合将把系外行星表征领域推向下一个层次，并提供对我们银河系行星性质的新见解。在本白皮书中，我们概述了{ \it Ariel}任务内部工作组正在进行的活动，并列出了理想的理论发展以及将行星大气，体积组成和内部结构联系起来的挑战。
2021-03-15 astro-ph.EP astro-ph.IM
Host-star and exoplanet compositions: a pilot study usinga wide binary with a polluted white dwarf
行星和恒星最终形成于同一团气体的坍缩。虽然行星和行星体很容易释放挥发物，但一个常见的假设是它们保留了与其宿主恒星相同的耐火成分。这在太阳系中是真实的。在观测误差范围内，南极陨石、地球和其他岩石行星体的耐火成分与太阳一致。这项工作的目的是调查这一假设是否适用于系外行星系统。如果是真的，观测到的岩石系外行星的内部结构可以更好地利用它们的宿主恒星丰度来限制。在本文中，我们分析了K矮星G200-40的丰度，并将其与其污染的白矮星同伴WD 1425+540进行了比较。这颗白矮星从恒星演化到白矮星阶段时幸存下来的外行星系中吸积了行星物质，很可能是一个类似柯伊伯带的物体。由于双星对的化学性质是均匀的，我们使用双星伴星G200-40作为WD 1425+540的祖先的组成的代表。我们表明，伴星和行星物质吸积WD 1425+540的元素丰度是一致的假设，行星和主星有相同的真实丰度，考虑到观测误差。
2021-02-12 astro-ph.EP astro-ph.SR
KELT-9 and its ultra-hot Jupiter: stellar parameters, composition, and planetary pollution
KELT-9 b是一颗超热的木星，被观测到正在经历极端的质量损失。它的A0型主星有一个辐射包层，这使得它的表面层倾向于保留最近吸积的物质。为了寻找行星物质污染恒星表面的潜在迹象，我们对KELT-9进行了迄今为止最全面的化学表征。新发现的元素包括Na和Y，这两种元素以前曾在超热的木星中被发现，但没有在恒星中被研究过;这些发现完成了在恒星和行星中测量的九种元素。在比较KELT-9和类似的疏散星团恒星时，我们没有发现强烈的异常。这一发现是一致的计算光球污染占恒星混合和使用观测估计的KELT-9 b质量损失率。我们还排除了最近，短暂的密集的质量转移，如恒星摄取地球质量的系外卫星。
2022-11-08 astro-ph.EP astro-ph.SR
Planetary mass-radius relations across the galaxy
行星形成理论认为，行星的整体成分可能反映了其宿主恒星光球的化学丰度比。不同星系恒星星族之间恒星光球层中特定化学物质丰度的变化表明，预期的固体行星体成分之间存在差异。我们的目标是提出固体行星的行星质量半径关系的运动学分化的恒星星族，即薄盘，厚盘，晕。使用两个独立的内部结构模型，我们生成的合成行星使用来自恒星丰度的散装成分输入。我们探索了两种情况，特别是0.1 AU的铁硅酸盐行星和4 AU的硅酸盐-铁-水行星。我们发现，有一个持久的统计差异，在预期的质量-半径关系的固体行星之间的不同银河系恒星星族。在0.1天文单位的硅酸铁行星，有一个1.51至2.04\%的平均行星半径之间的差异厚盘和薄盘恒星星族，而对于硅酸铁水行星过去的冰线在4天文单位，我们计算出2.93至3.26\%的差异取决于模型。在0.1天文单位处，晕和厚盘之间的平均行星半径差为0.53 ~ 0.69%，在4天文单位处，根据模型的不同，我们发现了1.24 ~ 1.49%的差异。未来的望远镜（如PLATO）将能够精确地描述固体系外行星的特征，并证明银河系恒星星族之间可能存在行星质量-半径关系的变化。
2020-06-09 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.SR
Influence of grain sizes and composition on the contraction rates of planetary envelopes and on planetary migration
行星成长过程中的一个关键阶段是行星核心已经组装好的迁移，但行星还没有打开一个很深的缺口。在这一阶段，行星会经历快速的I型迁移，主要是向内迁移，行星会失去其半长轴的很大一部分。这个阶段的持续时间取决于行星外壳需要收缩多久，直到它达到与行星核心质量相似的质量，这是失控的气体吸积可以开始的时候，行星可以在圆盘中打开一个更深的缝隙，过渡到较慢的II型迁移。这个包层收缩阶段主要取决于行星质量和行星包层内部的不透明度。在这里，我们研究不同的不透明度处方如何影响信封收缩时间，这反过来又如何影响行星迁移通过光盘。我们在模拟中发现，颗粒的大小分布以及颗粒的化学成分对行星在到达失控的气体吸积阶段之前迁移的距离有着至关重要的影响。具有较大晶粒尺寸的晶粒尺寸分布导致生长中的行星向内迁移较少，这是由于更有效的冷却使气体吸积更快。此外，我们发现在贫水环境中形成的行星可以更快地收缩它们的包层，从而减少迁移，这意味着在贫水环境中形成的气体巨星可能比在富水环境中形成的气体巨星更远离它们的中心恒星。未来对行星形成的研究，旨在调查形成的气体巨星的化学成分，需要考虑这些影响的自我一致性。
2021-01-11 astro-ph.EP
Cool DZ white dwarfs II: Compositions and evolution of old remnant planetary systems
在先前的研究中，我们分析了230颗表现出强金属污染的冷（$T_\mathrm{eff}$ < 9000 K）白矮星的光谱，测量了Ca、Mg、Fe的丰度，在某些情况下测量了Na、Cr、Ti或Ni的丰度。在这里，我们解释这些丰度的吸积的碎片从太阳系外的星子，并推断母体成分范围从壳状（富含钙和钛）的核心（富含铁和镍）。特别是，两颗白矮星SDSSJ 0823 +0546和SDSSJ 0741 +3146，其log[Fe/Ca] > 1.9 dex，Fe/Ni比与大部分地球相似，它们吸积了迄今为止发现的最像核心的系外小行星。这些白矮星的冷却年龄在1-8 Gyr之间，是银河系中最古老的恒星遗迹之一，这使得探测其古老行星系统的长期演化成为可能。从最大丰度的减少作为冷却年龄的函数，我们发现的证据表明，到达白矮星的材料的速率减少了3个数量级以上的$\simeq$ 6.5 Gyr跨度在白矮星冷却年龄，表明质量水库的后主序星行星系统耗尽的$\simeq$ 1 Gyr的电子折叠时间尺度。最后，我们发现我们的样本中的两个白矮星是宽双星的成员，都表现出高丰度，从而提供了强有力的证据，遥远的双同伴可以动态扰动白矮星行星系统。
2018-03-01 astro-ph.EP astro-ph.SR
The influence of composition gradients on giant planet radii
University of Zurich（苏黎世大学）
研究巨行星半径受成分梯度影响，结合分析框架与数值演化模拟，揭示重元素空间分布不改变行星大小，是总熵随时间变化驱动半径改变，明确两种演化机制及质量 - 半径 - 成分关系的物理起源。
2026-07-07 astro-ph.EP
Solar Elemental Abundances
太阳系元素丰度的历史回顾，并根据CI-同位素和太阳数据对元素和同位素丰度进行新的评估。太阳系元素丰度（Solar elemental abundance）是指整个太阳系中化学元素的丰度。太阳包含了太阳系中超过99%的质量，因此太阳的组成是整个太阳系组成的一个很好的代表。太阳系的组成可以看作是45.67亿年前形成太阳系的星际介质中分子云的整体组成。天文学和宇宙化学的活跃研究领域模拟太阳组成的分子云坍缩成具有行星系统的恒星，以及行星形成和分化过程中元素的物理和化学分馏。太阳系组成是太阳系中所有天体（太阳、类地行星、气态巨行星、行星卫星和卫星、小行星、柯伊伯带天体和彗星）的初始组成。（摘要截断）。
2019-12-02 astro-ph.EP astro-ph.SR
Effects of Magnetic Fields on the Location of the Evaporation Valley for Low-Mass Exoplanets
观测到的系外行星的半径分布显示出双峰形式，这可以用行星大气的质量损失来解释，这是由于它们的宿主恒星发出的高能辐射。这种半径分布的最小值的位置取决于质量-半径关系，而质量-半径关系又取决于行星核心的组成。目前的研究表明，超级地球和迷你海王星行星具有富含铁的核心，因此基本上与地球相似。本文探讨了非零行星磁场如何降低这些行星的预期质量损失率。这些较低的质量损失率，反过来，影响最小的半径分布和行星核心的推断化学成分的位置。
2019-09-12 astro-ph.EP astro-ph.SR
Measurements of three exo-planetesimal compositions: a planetary core, a chondritic body, and an icy Kuiper belt analogue
本研究通过分析三颗白矮星吸积的行星子成分，揭示了系外行星核、球粒陨石体和冰质柯伊伯带类似物的不同组成与演化历史。
2025-06-24 astro-ph.EP astro-ph.SR
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
The cosmochemistry of planetary systems
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
Convective Mixing in Gas Giant Planets with Primordial Composition Gradients
本研究模拟巨行星演化，发现对流混合效率受初始熵控制，低熵下成分梯度可长期存在，并提出了预测混合的解析模型，强调大气成分未必代表整体成分。
2025-08-27 astro-ph.EP
Miniature lightweight x-ray optics (MiXO) for surface elemental composition mapping of asteroids and comets
不同行星体的组成是行星科学的基本兴趣，为目标天体和整个太阳系的形成和演化历史提供线索。利用每种原子元素特有的X射线荧光，X射线成像光谱学是一种强大的诊断工具，可以诊断不同行星体的化学和矿物组成。到目前为止，聚焦X射线光学器件的质量和体积对于资源有限的原位任务来说太大了，因此对行星体的近目标X射线观测仅限于简单的准直器型X射线仪器。介绍了一种新型的小型轻量化Wolter-I聚焦X射线光学系统（MiXO），该系统采用金属陶瓷混合X射线反射镜，采用电铸镍复制和等离子体热喷涂工艺。MiXO可以使紧凑、强大的成像X射线望远镜适用于未来的行星任务。我们说明了需要集中X射线光学观测相对较小的行星体，如小行星和彗星核。我们提出了几个例子配置的MiXO望远镜，并证明其优越的性能相比，一种替代方法，微孔光学，这是用于第一个行星聚焦X射线望远镜，水星成像X射线光谱仪-T（MIXS-T）板载贝皮科伦巴。使用MiXO的X射线成像光谱学将在行星科学中开辟一个巨大的新发现空间，并将极大地增强我们对各种行星体的性质和起源的理解。
2016-01-06 astro-ph.EP astro-ph.IM
The role of planetary formation and evolution in shaping the composition of exoplanetary atmospheres
在过去的20年里，太阳系外行星的探索揭示了行星系形成和演化的丰富多样性。然而，为了充分了解这些太阳系外行星是如何形成的，我们拥有的轨道和物理数据是不够的，还需要补充有关系外行星组成的信息。地基和天基观测提供了关于少数太阳系外行星大气成分的第一批数据，但在我们能够充分利用这些数据之前，还需要更大和更详细的样本。系外行星表征天文台（EChO）的主要目标是填补这一空白，通过对数百颗太阳系外行星进行系统调查，扩大我们所拥有的有限数据。然而，要充分利用欧洲化学家办事处和其他空间和地面设施将在不久的将来提供的数据，就需要了解将观测到的化学物质和分子的源和汇。幸运的是，对太阳系过去历史的研究提供了一些迹象，表明了迁移、晚期吸积和长期撞击等过程的影响，以及它们在行星系生命中发生的时间。在这项工作中，我们将审查已经知道的影响行星大气的组成的因素，重点是气态巨行星的情况下，而不是仍然需要调查。
2014-06-16 astro-ph.EP
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
Composition of planetary debris around the white dwarf GD 362
该研究利用JWST光谱分析白矮星GD 362的碎屑盘，发现硅酸盐和碳颗粒构成盘体，元素丰度接近陨石，但缺少含氢物质，揭示了行星碎屑的组成特征。
2025-10-08 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.SR
Alkali metals in white dwarf atmospheres as tracers of ancient planetary crusts
白矮星吸积了潮汐破坏的小行星的碎片，这为测量系外行星的积木或碎片的整体组成提供了机会。这项技术已经建立了一个组成的多样性，可以与在太阳系中观察到的相媲美，这表明岩石行星的形成是一个通用的过程。虽然行星碎片中亲石和亲铁元素的相对丰度可用于研究系外行星是否经历分化，但迄今为止进行的成分研究缺乏明确的行星壳示踪物。在这里，我们报告了在四个冷（<5,000 K）和老（冷却年龄5-10 Gyr）金属污染的白矮星的大气中检测到锂，其中一个还显示出光球钾。这两种元素相对于钠和钙的相对丰度强烈表明，所有四颗白矮星都有行星壳的碎片。我们在其中一个系统中检测到红外过量，这表明星周碎片盘的吸积正在进行中。这颗恒星的主序星质量是$4.8\pm0.2 M_\odot$，这表明在短寿命的B型恒星周围可能会形成岩石状的、分化的行星。
2021-02-12 astro-ph.EP astro-ph.SR
The Compositional Dimension of Planet Formation
本章围绕行星化学组成如何追溯其形成与演化历史，提出整合恒星及行星系统全生命周期多学科视角的统一框架，以解码行星天体组成携带的信息。
2023-02-16 astro-ph.EP
Composition of Early Planetary Atmospheres I: Connecting Disk Astrochemistry to the Formation of Planetary Atmospheres
我们提出了一个模型的早期化学成分和元素丰度的行星大气的基础上累积的气态化学物质，吸积到行星形成的核心吸积从不断发展的原行星盘。宿主磁盘的天体化学是使用粘性演化磁盘模型内的电离驱动、非平衡化学网络来计算的。我们使用标准的核心吸积模型吸积气体巨行星，其轨道演化由行星陷阱控制，并跟踪吸积到原行星上的物质的化学成分。我们选择了一个基准盘模型，并在3个陷阱-水冰线，死区和热转换的行星演化。对于一个寿命为410万年的盘，我们在热转换和冰线陷阱中产生两个热中子（M = 1.43，2.67 M $_{\rm Jupiter}$，r = 0.15，0.11 AU），在死区中产生一个失败的核心（M = 0.003 M $_{\rm Jupiter}$，r =3.7 AU）。这些行星被发现与CO和H $_2$ O的混合比分别为$1.99\times 10^{-4}$，$5.0\times 10^{-4}$两个热彗星。此外，对于这些行星，我们发现CO $_2$和CH $_4$，混合比分别为$1.8\times 10^{-6}\rightarrow 9.8\times 10^{-10}$和$1.1\times 10^{-8}\rightarrow 2.3\times 10^{-10}$。这些范围与多位作者通过检测热致发光物的发射光谱推断出的混合比范围很好地对应。我们计算出冰线行星的碳氧比为0.227，热过渡…
2016-06-21 astro-ph.EP
The Compositional Diversity of Extrasolar Terrestrial Planets: I. In-Situ Simulations
太阳系外行星的宿主恒星被发现富含关键的行星形成元素。这些浓缩有可能彻底改变可用于形成类地行星的物质的组成。在这里，我们报告的动力学模型相结合的后期类地行星形成已知的太阳系外行星系与化学平衡模型的组成的磁盘内的固体物质。这使我们能够确定模拟的太阳系外类地行星的大量元素组成。结果发现了各种各样的行星组成，从那些基本上是“地球一样”，含有金属铁和镁硅酸盐，以石墨和SiC为主。这表明在太阳系外的行星系中可能存在着各种各样的类地行星。
2010-04-06 astro-ph.EP
Proto-planetary disk composition-dependent element volatility in the context of rocky planet formation
本研究针对原行星盘成分影响元素挥发性的问题，模拟1000组盘成分的凝结序列，给出凝结温度参数化方案，发现岩质行星成分范围比此前认知更宽，识别出三类不同碳氧比盘对应的行星类型。
2025-09-08 astro-ph.EP
Detailed chemical compositions of planet-hosting stars: II. Exploration of the interiors of terrestrial-type exoplanets
发现和描述系外行星的一个主要目标是确定与我们的地球相似（或不同）的陆地型世界。最近的研究结果强调了将挥发分去除（即挥发物的消耗）应用于行星宿主恒星的化学成分以限制陆地型系外行星的整体成分和内部的重要性。在这项工作中，我们采用这样的方法选择的样本13行星托管类日恒星，其中高精度的光球丰度已被确定在该系列的第一篇论文。与由此产生的脱挥发分恒星组成（即模型行星的整体组成）以及其他限制，包括质量和半径，我们模拟详细的矿物学和内部结构的假设，可居住区的类地行星（“外地球”）围绕这些恒星。模型输出结果显示，这些地外行星中的大多数预计将具有与地球大致相似的成分和内部结构，这与从污染的白矮星分析中独立得出的结论一致。例外的是开普勒-10和开普勒-37系外地球，我们预测它们被强烈氧化，因此会形成比地球小得多的金属核心。研究我们的去挥发模型在其极端以及不同的行星质量和半径（在地球政权）揭示了潜在的扰动在内部的类地行星。通过考虑（i）高精度恒星丰度，（ii）去挥发，（iii）行星质量和半径，这项工作代表了探索陆地型系外行星详细矿物学和内部结构的重要步骤，这反过来又是我们理解行星动力学和长期演化的基础。
2022-04-20 astro-ph.EP astro-ph.SR
The Compositional Diversity of Extrasolar Terrestrial Planets: II. Migration Simulations
先前的工作已经发现，在已知的太阳系外行星系中，预计会出现各种各样的类地行星。但这类研究忽略了巨行星迁移的影响，这种现象被认为在外太阳系中非常普遍。在这里，我们介绍了在动力学模拟中形成的类地行星成分的计算，其中包含不同程度的巨行星迁移。我们使用的化学平衡模型的固体物质存在于磁盘的五个已知的行星宿主恒星：太阳，GJ 777，HD 4203，HD 19994和HD 213240。巨行星迁移对模拟的类地行星的组成有很大影响，因为迁移导致在一定温度范围内凝结的类地行星组成部分之间发生大规模混合。这种混合作用1）增加了类地行星馈送区中富镁硅酸盐的典型丰度，从而与静态巨行星轨道的模拟相比，增加了具有类地成分的行星的频率;以及2）显著增加了向类地行星输送含水相（水和蛇纹石）的效率，从而产生了水世界和/或湿地球。我们的研究结果表明，虽然各种各样的类地行星的成分仍然可以产生，行星与地球一样的成分应该是常见的太阳系外行星系。
2012-09-23 astro-ph.EP
Testing the chondrule-rich accretion model for planetary embryos using calcium isotopes
了解形成地球的原材料的组成是了解类地行星形成及其整体组成的关键一步。钙是类地行星中第五丰富的元素，因此是追踪行星组成的关键元素。然而，为了使用Ca同位素作为地球吸积历史的示踪剂，首先需要了解Ca在行星形成的最早阶段的同位素行为。球粒陨石是太阳系中最古老的物质之一，对其同位素组成的研究有助于了解太阳系是如何以及在何种条件下形成的。在这里，我们提出了钙同位素数据的一套散装陨石以及Allenium（CV）球粒。我们发现，与块状硅酸盐地球（$δ^{44/40}Ca$ =+1.05 $\pm$ 0.04 permill，Huang等人，2010年）或火星，而顽火辉石是从地球上的钙同位素组成（$δ^{44/40}Ca$ = +0.91至+1.06 permill）无法区分。与陨石的主体和基质相比，来自Allenburg的球粒富含较重的Ca同位素（$δ^{44/40}Ca$ = +1.00至+1.21 permill）。这意味着地球和火星的钙同位素组成与大多数碳质陨石不同，但可能类似于球粒。地球，火星和陨石球粒之间的钙同位素相似性是最近的动力学模型的行星形成，提出了一个富含陨石球粒的吸积模型的行星胚胎。
2017-04-21 astro-ph.EP
The bulk composition of exo-planets
系外行星研究的重点正在迅速从寻找行星转向描述其物理特性。其中最重要的是它们的化学成分，它反馈给我们对行星形成的理解。在可预见的未来，对白矮星吸积行星碎片进行远紫外光谱分析仍然是直接和准确测量系外行星体丰度的唯一方法。这种方法的开发受到HST灵敏度的限制，重大进展将需要具有高通量紫外光谱仪的大口径空间望远镜。
2015-05-12 astro-ph.EP astro-ph.SR
Observations and NLTE Modeling of the Gaseous Planetary Debris Disk around Ton 345
单个白矮星周围的碎片盘被认为是被潮汐力破坏的行星体的残骸。由此产生的尘埃的持续吸积允许检测白矮星光球中的行星物质，并得出其化学成分的结论。作为替代方案，组成原则上可以直接从盘的有时另外观察到的气体组分的发射谱线确定。为此，我们进行光谱建模与我们的非LTE代码的吸积盘。我们已经获得了Ton 345的新观测结果，以寻找盘线轮廓的长期和短期变化。我们发现，突出的红紫不对称的钙II红外三线态几乎消失。毫无疑问，一夜之间的线轮廓变化是看不到的。
2012-10-15 astro-ph.EP astro-ph.SR
Formation and composition of planets around very low mass stars
最近在质量很低的恒星周围发现的行星提出了这些物体的形成，组成和潜在的可居住性的问题。我们使用行星系形成模型来推断行星的性质，特别是它们的半径分布和水含量，这些行星可能在质量比太阳小十倍的恒星周围形成。我们的行星系形成和组成模型考虑了原行星盘的结构和演化、固体和气体吸积导致的行星质量增长以及行星-行星、行星-恒星和行星-盘的相互作用。我们发现，行星可以形成在小轨道周期的低质量恒星的轨道。我们表明，行星的半径是在大约1地球的峰值，他们是，在一般情况下，挥发性丰富，特别是如果原行星盘绕这种类型的恒星是长寿的。在这里模拟的核心吸积范式框架内，可以形成围绕低质量恒星运行的近距离行星，这些行星的质量和半径与最近探测到的行星相似。原行星盘的性质，以及它们与恒星类型的相关性，是理解它们组成的关键。
2016-10-11 astro-ph.EP
The Star-Planet Connection I: Using Stellar Composition to Observationally Constrain Planetary Mineralogy for the Ten Closest Stars
恒星和行星的组成是相互关联的，然而，“适居性”和“宜居带“的定义只考虑了恒星和行星之间的物理关系。然而，行星是真正适合居住的化学和物理过程，调节气候和地球化学循环之间的大气，表面和内部水库。尽管如此，“类地行星”通常被定义为由岩石和铁的混合物组成的行星，其密度大约为1地球。为了了解类地行星的内部，可以利用恒星中构成行星的元素（如Mg、Si和Fe）的丰度来代替行星的组成。我们使用Hypatia目录中的恒星丰度探索了10颗离太阳最近的恒星周围虚构行星的行星矿物学和结构。尽管我们的样本中包含了亚太阳和超太阳的恒星，但我们发现所有10颗行星的矿物学都非常相似-因为恒星丰度的误差或分布在模型中产生了显着的简并。我们发现，丰度不确定性需要在[Fe/H] < 0.02 dex，[Si/H] < 0.01 dex，[Al/H] < 0.002 dex，而[Mg/H]和[Ca/H] < 0.001 dex的数量级上，以区分我们的10颗恒星样本中的两个独特的行星种群。虽然这些精确度很高，但我们相信，除了最近在文献中证明的方法透明度之外，考虑到某些丰度技术，它们是可能的。然而，如果没有这些精确度，行星结构的不确定性将非常高，以至于我们无法自信地说一颗行星像地球一样，或者不像我们见过的任何东西。
2018-01-05 astro-ph.EP
The multiple planets transiting Kepler-9 I. Inferring stellar properties and planetary compositions
多个凌日行星系的发现为描述系外行星和了解其形成提供了新的可能性。开普勒-9系统包含两颗土星质量的行星，开普勒-9b和9 c。使用气体巨星的演化模型，重现已知凌日行星的大小，并考虑所有的不确定性来源，我们表明开普勒-9 b（分别为9 c）包含$45^{+17}_{-12}$ \，\mearth \（分别为9 c）。$31^{+13}_{-10}$ \，\mearth）和$35^{+10}_{-15}$ \，\mearth（分别$24^{+10}_{-12}$ \，\mearth）。当比较行星9 b和9 c时，得到了更精确的限制：重元素的总质量分数之比是$Z_{\rm b}/Z_{\rm c}=1.02\pm 0.14$，这表明，尽管行星的质量不同，但它们的整体组成非常相似，这是形成模型的一个意想不到的结果。使用超级地球的演化模型，我们发现开普勒-9d必须包含小于0.1%的氢和氦质量，并预测主要是岩石结构，总质量在4和16之间，\mearth。
2011-04-05 astro-ph.EP
White dwarf planetary debris dependence on physical structure distributions within asteroid belts
白矮星具有行星碎片和吸积行星物质的凌日特征，为探测行星系的物质组成和动力学结构提供了绝佳的机会。虽然以前的理论工作调查的作用，小机构中断周围的白矮星已集中在球形机构，太阳系小行星可以更准确地模拟为三轴椭球。在这里，我们提出了一个分析框架，以确定类型的中断（潮汐碎片，总升华或直接影响）所经历的三轴小行星接近白矮星上的极偏心（e \sim 1）轨道。这个框架，然后用于确定简化的主带类似物的100个机构在五个不同的白矮星温度的结果。我们还提出了冷却年龄和有效温度之间的经验关系，DA和DB白矮星，以确定这里考虑的白矮星的年龄。我们发现，使用一个纯粹的球形模型可以低估的物理尺寸和径向距离，在这一点上，小行星是受到完全升华，这些差异增加更大的身体伸长。相反，碎裂总是发生在物体的最大半轴上，因此可以用该半径的球体来模拟。碎裂和升华都受到天体物质组成的极大影响，因此也受到其前身小行星带组成的极大影响。白矮星的温度以及由此产生的冷却年龄会影响预期的碎片分布：温度越高，大型细长小行星就会升华，而温度越低，则会产生更多的直接撞击。
2021-07-01 astro-ph.EP astro-ph.SR
Compositional Diversity of Rocky Exoplanets
恒星组成对于检查岩石系外行星的密度和组成范围，测试它们与地球的相似性至关重要。恒星元素丰度和行星轨道数据显示，在大约5000种已知矿物中，行星外硅酸盐地幔将主要包含橄榄石、斜方辉石和单斜辉石、$\pm$石英和镁铁锰矿;可能不存在完全外来的矿物。了解这些奇异的地质系统需要更好地将地质见解与天文数据结合起来。对系外行星的研究就像一面镜子，反映了我们对地球和邻近行星的不完全理解;新的地质/行星实验，由系外行星研究提供信息，需要有效的进展。
2021-08-18 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.geo-ph
Seven white dwarfs with circumstellar gas discs II: Tracing the composition of exoplanetary building blocks
本文分析七颗兼具星周尘埃与气体盘的白矮星所吸积行星物质，揭示其挥发分、水含量及核幔分异碎片差异，并探讨富气体阶段与挥发分早期吸积的关系。
2024-06-17 astro-ph.EP astro-ph.SR
Composition of Early Planetary Atmospheres II: Coupled Dust and Chemical Evolution in Protoplanetary Disks
我们提出了一系列论文中的下一步，致力于将形成行星的大气成分与它们出生时进化的原行星盘的化学成分联系起来。这里提出的模型计算耦合的化学和尘埃的磁盘的演变和形成的三个行星的磁盘模型。我们的三个典型的行星陷阱产生了一个接近1 AU的木星，一个热木星和一个超级地球。我们研究了最终的轨道半径，质量和大气化学的行星形成在磁盘模型与初始磁盘质量的变化0.02 $M_\odot$以上和以下我们的基准模型（$M_{disk,0} = 0.1 ~M_\odot$）的依赖性。我们计算了在我们的3个模型中形成的大气层的C/O和C/N，发现C/O $_{\rm planet}\sim$ C/O $_{\rm disk}$在我们的模型中形成的不同行星之间没有强烈的变化。大气中的氮含量在不同的圆盘模型中生长的行星中可能会有所不同。这些差异与行星的形成历史、行星吸积大气的时间和位置有关，并编码在NH $_3$的大量丰度中。这些结果表明，未来的观测大气NH $_3$和行星的C/O和C/N的估计可以告知特定的行星系的形成历史。
2017-05-05 astro-ph.EP
A link between rocky exoplanet composition and stellar age
研究发现岩石系外行星的组成与恒星年龄相关，较致密行星围绕年轻恒星，这源于银河系化学演化，影响行星形成条件与性质。
2025-03-26 astro-ph.EP astro-ph.SR
A comprehensive study of the relations between the properties of planetary systems and the chemical compositions of their host stars
Universidade Federal do Rio de Janeiro（里约热内卢联邦大学）；Observatório Nacional（国家天文台）；Universidade Federal de Sergipe（塞尔希培联邦大学）；Steward Observatory, University of Arizona（亚利桑那大学斯图尔德天文台）
本研究通过分析561颗开普勒系外行星宿主恒星的化学成分，发现α元素富集可能促进金属贫乏环境中的大行星形成，同时铁丰度仍是关键限制因素。
2026-02-06 astro-ph.EP astro-ph.SR
Silicate mineralogy and bulk composition of exoplanetary material in polluted white dwarfs
本研究通过重新分析八颗污染白矮星的Spitzer/IRS光谱和哈勃紫外光谱，发现吸积物质整体成分与星周尘埃硅酸盐矿物学存在相关性，并用GGCHEM模型证实Mg/Si比值可预测硅酸盐矿物学类型及其对宜居性的潜在影响。
2025-07-22 astro-ph.EP astro-ph.SR
The New Generation Planetary Population Synthesis (NGPPS). III. Warm super-Earths and cold Jupiters: A weak occurrence correlation, but with a strong architecture-composition link
最近的观测结果表明，内部超级地球和外部巨行星的出现率之间存在正相关关系。这些结果提出了一个问题，即这种趋势是否可以用行星形成理论来重现和解释。在这里，我们调查的性质，内部超级地球和外部巨行星，形成根据核心吸积的情况。我们研究这些行星物种之间的相互关系，在合成行星系，并比较它们观察到的系外行星人口。我们调用了行星形成和演化的第三代伯尔尼模型来模拟1000个多行星系统。然后，我们将这些合成系统与观察到的样本进行比较，考虑到扭曲观察到的人口统计数据的检测偏差。在同一个系统中，温暖的超级地球和寒冷的彗星的形成与单独的外观相比有所增强，尽管它比通过观测提出的要弱。我们将这种差异归因于温暖和动态活跃的巨行星，它们经常破坏内部系统，特别是在高金属含量的环境中。一般来说，两种行星类型的联合出现需要起源原行星盘中的中间固体储存器。此外，我们发现不同系统架构中行星的挥发性含量存在差异，并预测高密度超级地球更有可能拥有一个外部巨星。这种相关性可以通过观测来检验。
2020-12-10 astro-ph.EP astro-ph.SR
Connecting Planetary Composition with Formation
对不同系外行星群的观测、对它们的宿主恒星的描述及其与行星系性质的联系、对原行星盘的详细研究以及对我们太阳系中大质量行星的内部和组成的实验研究的迅速进展，为行星形成理论中的下一个大问题提供了坚实的基础。行星的元素和化学成分与它们的形成有什么联系？要解决这个问题，就需要将行星形成理论的各个部分联系在一起，形成一个能够处理这些大型数据集的端到端的图景。在这篇评论中，我们讨论了这样一个图片的关键要素，以及它们如何影响形成行星的化学和元素组成。这里的重要问题包括初始状态的形成和发展的磁盘，化学和尘埃过程中，行星的迁移和行星陷阱的重要性，角动量运输过程涉及湍流和/或MHD磁盘风的性质，行星形成理论，和先进的磁盘天体化学治疗。所有这些问题都影响着由宿主恒星的X射线电离驱动的盘的化学性质，并受到其影响。我们将讨论这些过程如何导致一个连贯的端到端模型，以及如何解决基本问题。
2018-04-11 astro-ph.EP
Measuring the atomic composition of planetary building blocks
挥发性分子对类地行星的可居住性至关重要，但很难直接观察行星在原行星盘的中平面形成的位置。目前还不清楚内部1 AU的盘是否是挥发性贫乏的，或者这个区域是否从较冷的盘区域重新供应了富含冰的尘埃。在限定盘间隙的径向压力最大值处的灰尘捕集器可以将内部盘与这种挥发性储存器切断。然而，陷阱的保留效率和被困粉尘的原子组成还没有被测量。我们提出了一种新的技术来测量的绝对原子丰度的气体吸积到金牛座T星，并推断大规模的原子组成和分布的中平面固体保留在磁盘周围的年轻恒星TW Hya。我们确定线发射的TW Hya的尘埃升华边缘内的气相材料。最强H Paschen线的高斯分解隔离了内部盘的氢发射。我们测量几个关键的元素丰度，相对于氢，使用化学光电离模型和推断尘埃滞留在磁盘。用一维输运模型，我们确定了不同元素的粉尘捕集器的近似径向位置和保留效率。从TW Hya的热气体中，挥发性和难熔元素的损耗分别为~10^2和高达10^5。超越CO和N2雪线的灰尘陷阱累计隔离总灰尘的96%，而在2 AU的陷阱保留3%的初始灰尘质量。Si，Mg和Ca的高消耗被解释为在0.3 AU的第三个陷阱。TW Hya在其外环结构中具有丰富的C-和N-冰的显著挥发性储层。然而，缺乏碳再供应可能会使类地行星形成区域干燥和碳贫乏。任何在0.3天文单位的硅酸盐尘埃陷阱中形成的行星，在挥发性耗尽的程度上可能与地球相似。
2020-09-15 astro-ph.EP astro-ph.SR
Formation of Planetary Populations III: Core Composition & Atmospheric Evaporation
系外行星质量半径图显示，超级地球在给定质量下显示出广泛的半径，因此平均密度。使用行星人口合成模型，我们探索了形成这种分布的关键物理因素：行星的固体核心成分和大气结构。对于前者，我们使用平衡盘化学模型来跟踪整个形成过程中行星核心上的吸积矿物。对于后者，我们跟踪气体吸积在形成过程中，并考虑光蒸发驱动的大气质量损失，以确定什么部分的吸积气体逃逸后的磁盘阶段。我们发现，海王星和亚土星在小轨道半径（$\lesssim$ 0.1 AU）的大气剥离在短周期超级地球的形成中起着关键作用。岩心成分受其形成的圈闭的强烈影响。我们还发现，在小轨道半径$\lesssim$ 0.5 AU的类地行星组成和在大轨道$\sim$ 1 AU的富冰行星（质量高达50%）之间存在分离。这与从小轨道周期的低质量行星半径谷的观测位置推断出的类地平均密度很好地对应。我们的模型产生的行星半径与质量为$\sim$ 1- 3 M $_\oplus$的观测结果相当。在更大的质量，行星的吸积气体显着增加其半径大于大多数观测数据。虽然光蒸发影响小轨道半径$\lesssim$ 0.1 AU的行星，减少了这些行星半径的子集，并改善了我们的比较，但我们计算的种群中的大多数行星不受影响，因为它们在较大的分离处形成时FUV通量较低。
2020-07-13 astro-ph.EP
Sulfurization of Iron in the Dynamic Solar Nebula and Implications for Planetary Compositions
木星大气中挥发物与氢的比例比太阳组成的气体高的一种解释是，这颗行星在形成过程中吸积了含有挥发物的包合物。然而，模型表明，如果包合物是木星挥发物的主要载体，那么S将过于丰富。这导致了S在外层星云中由于形成陨硫铁（FeS）而耗尽的建议。在这里，这种耗尽是定量探讨通过模拟耦合动力学和化学演化的Fe颗粒在太阳星云。据发现，磁盘经历快速的径向膨胀从一个最初的紧凑的状态可能允许足够的生产FeS和携带H $_{2}$ S-贫化气体向外冰会形成，提供所需的条件S-贫化笼形物形成。然而，这种膨胀也会将FeS颗粒带到这个区域，这些颗粒也可以被合并到星子中。因此，包合物是一个可行的挥发物来源，模型必须考虑到存在的两个H $_{2}$ S在外层太阳星云的FeS。
2015-01-08 astro-ph.EP
Chemical Clues on the Formation of Planetary Systems: C/O vs Mg/Si for HARPS GTO Sample
理论研究表明，C/O和Mg/Si是决定类地行星矿物学的最重要的元素比。C/O比控制了Si在碳化物和氧化物物种中的分布，而Mg/Si提供了有关硅酸盐矿物学的信息。我们提出了一个详细的和统一的研究C，O，Mg和Si丰度的61颗恒星检测到的行星和270颗恒星没有检测到的行星从均匀的高质量的公正的HARPS GTO样本，连同39个更多的行星宿主恒星从其他调查。我们确定这些重要的矿物学比率，并调查可能在这些行星系统中形成的可能的类地行星的性质。我们发现矿物学比例与太阳的相当不同，这表明有各种各样的行星系统与太阳系不同。许多行星主星的Mg/Si值低于1，因此它们的行星将具有高Si含量，形成MgSiO $_{3}$等物种。这种类型的成分可能对行星过程有重要的影响，如板块构造，大气成分或火山活动。
2010-10-01 astro-ph.EP astro-ph.SR
Geophysical Classification of Planets, Dwarf Planets, and Moons
本文提出了一个描述系外行星、太阳系行星、矮行星和球卫星地球物理特征的行星质量标度和组成码系统。组成类别描述了行星体的岩石、冰和气体性质。行星质量尺度包括五个质量等级，其质量上限和质量下限来自于最近对系外行星质量半径和质量密度关系的研究，以及太阳系中行星、矮行星和球形卫星的物理特征。组合的质量和组成代码提供了地球物理分类，可以将系外行星的全球质量和组成特征与太阳系的行星、矮行星和球形卫星进行比较。该系统是灵活的，可以与表征行星的其他物理，动力学或生物特征的附加代码相结合。
2017-05-27 astro-ph.EP
Bond strengthening in dense H2O and implications to planetary composition
H2O是行星体的重要组成部分，控制着可居住性，在地质活动体中，控制着板块构造。在许多行星内部的压力下，H2O中的H键会坍塌成更强的离子键。在这里，我们提出的协议之间的X-射线衍射和拉曼光谱的转变从冰-VII到冰-X发生在一个压力约30.9 GPa通过结合晶粒归一化热处理，通过直接激光加热与静态压缩。这是证明了出现的特征拉曼模式的铜矿样冰-X和体积模量突然增加2.5倍，这意味着显着增加的粘结强度。这是之前的过渡，从立方冰-VII的结构的tetravalent对称，冰-VIIT在5.1 GPa。我们的研究结果显着改变了富含水的行星的质量/半径关系，并定义了地球内化学结合水释放的高压极限，使深部地幔成为古水的潜在长期水库。
2019-06-27 astro-ph.EP cond-mat.mtrl-sci
Early formation of planetary building blocks inferred from Pb isotopic ages of chondrules
原始陨石中最丰富的成分是由太阳原行星盘中的瞬时熔化事件形成的毫米大小的玻璃球形球粒。使用22个单独的陨石球粒的Pb-Pb测年，我们表明，在早期太阳系的陨石球粒的主要生产被限制在第一个百万年后，太阳的形成，这些现有的陨石球粒回收的剩余寿命的原行星盘。这与原行星盘早期高质量吸积阶段的主要球粒形成事件相一致，该阶段过渡到球粒改造的较长时期。早期大量的球粒提供了必要的前体物质，通过球粒吸积驱动行星物体的有效和快速形成。
2017-08-08 astro-ph.EP
Reassessing planetary composition: Evidence of rock-dominated envelopes in Uranus and Neptune
Leiden University（莱顿大学）；SRON Netherlands Institute for Space Research（荷兰空间研究所）；Universität Zürich（苏黎世大学）
研究通过贝叶斯框架分析尿素和海王星的内部结构模型，发现其外壳富含难熔材料，核心岩石比例与柯伊伯带天体相似，而深部结构差异反映不同的形成路径。
2026-04-14 astro-ph.EP
The Diversity of Extrasolar Terrestrial Planets
太阳系外的行星宿主恒星富含关键的行星形成元素。这些浓缩有可能彻底改变类地行星形成的基石。在这里，我们报告的动力学模型相结合的后期类地行星形成已知的太阳系外行星系与化学平衡模型的组成的磁盘内的固体物质。这使我们能够限制太阳系外类地行星的大量元素组成。由此产生的行星成分多种多样，从那些基本上是“类地球”的，含有金属铁和镁硅酸盐，到那些主要由石墨和SiC。这意味着在太阳系外的行星系中可能存在各种各样的类地行星。
2010-01-22 astro-ph.EP
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 Extrasolar Planetary Compositions Derived from Externally-Polluted White Dwarfs
我们报道了两颗氦占主导地位的白矮星PG 1225 -079和HS 2253 +8023的Keck高分辨率中阶梯光谱仪数据和模型大气分析。每个系统的最小吸积质量约为10^22 g，相当于一颗大型小行星的质量。在PG 1225 -079中，Mg、Cr、Mn、Fe和Ni的丰度比与块体地球值相似，而我们测量了四种难熔元素Ca、Sc、Ti和V，它们的丰度都比块体地球高约2-3倍。对于HS 2253 +8023来说，被吞噬的物质在成分上与大块地球相似，其主要元素种类O、Mg、Si和Fe的质量百分比超过85%，并且富含独特比例的矿物氧化物-这是岩石母体起源的有力证据。包括以前的研究，我们现在知道四个严重污染的白矮星，其中测得的氧和氢与父母的身体形成几乎没有冰的观点一致，在星云环境中的任何雪线内部。越来越多的被污染的白矮星系统与全面的丰度测量形成了一个基线，用于表征岩石系外行星的组成，可以与大块地球进行比较。
2011-08-07 astro-ph.EP
A new model for mixing by double-diffusive convection (semi-convection). II. The transport of heat and composition through layers
恒星和行星内部的区域根据史瓦西判据是不稳定的，但根据勒杜判据是稳定的，它们受到一种振荡双扩散（ODD）对流的影响，通常称为“半对流”。在这一系列论文中，我们使用了一套广泛的三维（3D）数值模拟来量化ODD对流的热量和成分的传输，并最终提出了一个新的1D处方，可用于恒星和行星的结构和演化模型。该系列的第一篇论文表明，在一定条件下，ODD对流自发地从最初的均匀湍流状态转变为对流层的阶梯，这导致热量和成分的传输大幅增加。在这里，我们提出了模拟的奇对流在这个分层制度，我们描述的层的动力学行为，我们推导出经验的尺度律通过分层对流的运输。
2015-01-21 astro-ph.EP astro-ph.SR
Planetary and meteoritic Mg/Si and d30Si variations inherited from solar nebula chemistry
行星的整体化学成分是不确定的，即使是镁和硅等主要元素。这是因为可供研究的样本都来自相对较浅的深度。比较行星和陨石的稳定同位素组成可以帮助克服这一限制。特别是，地球地幔的非结晶Si同位素组成被解释为反映了Si在地核中的存在，这也可以解释其相对于纯Fe-Ni合金的低密度。然而，我们已经发现，角闪石陨石显示重硅同位素组成类似于月球和陆地地幔。由于核心的形成中的红柱石母体（APB）发生在氧化条件下，在相对较低的压力和温度下，显着的核心中的硅的掺入被排除作为这种重硅同位素签名的解释。相反，我们表明，气态SiO和固体镁橄榄石之间的平衡同位素分馏在1370 K的太阳星云可能产生所观察到的Si同位素的变化。镁橄榄石的星云分馏应伴随着硅同位素组成和Mg/Si比之间的相关变化，斜率为1，这是观察到的陨石。考虑到这一星云过程，地球核心的Si浓度被修正为3.6（+6.0/-3.6）wt%，并提供了大体积行星体的Mg/Si比的估计。
2015-07-10 astro-ph.EP
