化学演化行星形成盘中平面的分子丰度与 C/O 比

背景。系外行星大气被认为是由行星形成盘中平面吸积气体以及卵石和微行星构建而成的。通常假设该物质的化学组成在盘寿命期间保持不变。然而，化学过程可以改变这种行星构成物质中的分子相对丰度。目的。我们旨在评估行星形成时期盘化学的影响。为此，我们研究了原行星盘中平面在长达 7 Myr、最远至 30 AU 范围内挥发性气体和冰的化学变化，考虑了多种不同条件，包括随时间演化的物理中平面结构，并考虑了两个具有不同质量的盘。方法。利用广泛的动力学化学气-粒反应网络来演化化学物种丰度随时间的变化。探讨了两种盘中平面电离水平（低和高），以及两种不同的初始丰度组成（“继承”或“重置”）。结果。在高电离水平下，原行星盘中平面中的化学演化在数个 10 5 yr 后变得显著，并且在 7 Myr 时在 H 2 O 和 O 2 冰线之间仍在进行。在 H 2 O 冰线以内，以及在 O 2 冰线以外的盘中平面较冷外侧区域，各物种的相对丰度在 7 Myr 时达到（接近）稳态。重要的是，主要含碳和含氧元素分子的丰度变化意味着盘中平面中气体和冰中 C/O 比的传统“阶跃函数”（由 H 2 O、CO 2 和 CO 冰线处的急剧变化所定义）会随时间演化，不能假定为固定不变，气体中的 C/O 比甚至会变得小于冰中的 C/O 比。此外，在较低温度（<29 K）下，与尘埃颗粒碰撞的气态 CO 会转化为 CO 2 和其他更复杂的冰，从而降低 O 2 与 CO 热冰线之间的 CO 气体丰度。这种效应可以模拟出比其结合能所暗示的更高温度下的 CO 冰线。结论。盘中平面的化学是由电离驱动的，并随时间演化。这会影响哪些分子参与形成行星及其大气层。为了可靠地预测形成中行星的大气成分，并将观测到的系外行星大气 C/O 比与大气在盘中平面中形成的位置和方式联系起来，需要在行星形成模型中考虑并纳入化学演化。