論文関連の(ほぼ)個人用メモ。



arXiv:1706.00251
Jin & Mordasini (2017)
Compositional imprints in density-distance-time: a rocky composition for close-in low-mass exoplanets from the location of the valley of evaporation
(密度-距離-時間における組成の痕跡：蒸発の谷の位置からの岩石組成の近接低質量系外惑星)

概要

惑星形成，熱力学的進化，大気散逸を含んだ理論モデルを用いて，分布図上における惑星大気蒸発の統計的な痕跡が，惑星コアの全体の組成 (岩石主体か氷主体か) にどのように依存するか調べた，その結果，距離-半径平面における “evaporation valley” (惑星の蒸発によって形成された分布の空隙) の位置などの典型的な惑星蒸発の痕跡や，それに対応する惑星半径の二峰性分布は，低質量の近接惑星のコアの組成に依存して明確に異なることを発見した．

分布図上の "谷" の形成が惑星の蒸発にするものだと仮定し，Fulton et al. (2017) で観測的に発見されている分布図上の "谷" の位置と比較することで，この領域にいるケプラー惑星のコアの組成は岩石主体であることが示唆される．平均運動共鳴から外れている周期比を持つ惑星の存在の超過と組み合わせると，このことは低質量のケプラー惑星は水のアイスラインより内側で形成され，しかしさらに軌道移動したものと示唆される．

初期に持っていた全ての H/He エンベロープを失った惑星は，コア半径が物理的な惑星半径として観測されるようになる．このような，距離 - 半径平面の ”triangle of evaporation” にいる惑星は，取りうる可能性のある組成の縮退はなくなる．

観測から得られている系外惑星の軌道距離-半径ダイアグラムにおいて，大きな惑星半径を持った惑星は揮発性物質が豊富な組成を持つという傾向を同定した (1.6 地球半径以下は岩石組成，1.6 - 3.0 地球半径は氷主体か H/He 主体，あるいはその両方，3 地球半径以上は H/He 主体)．また，軌道距離との依存性がある可能性についても同定した．

また，惑星の質量-密度分布は，惑星形成と進化についての重要な情報を含む．例えば，「固体惑星」から「低質量の亜臨界コア主体の惑星が初期の H/He を伴っている状態」，「ガス主体の巨大惑星」への遷移に関する情報などがその一例である．

惑星蒸発は，低密度な近接低質量惑星を質量-密度平面から取り除くはたらきがある．これにより，密度と軌道距離は低質量惑星では反相関するようになる．巨大惑星では対照的に，近接惑星は低密度であり，これはおそらく惑星内部の膨張機構によって引き起こされている傾向である．

観測されている系外惑星の質量-密度分布は，コア降着形成シナリオと，それに引き続く惑星の蒸発という形成・進化過程と整合する．また，惑星の蒸発モデルと相反するような，中心星に近接した非常に低密度の低質量惑星は，系外惑星データベースには存在しない．この研究で明らかになった系外惑星分布の統計的性質の時間進化は，将来的に時間次元の観測も可能になるであろう，PLATO 2.0 ミッションでの課題のひとつになるだろう．

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