Squeeze the atmosphere into magma: sub-Neptune mass-radius relation revised by atmosphere-magma interactions
Notice bibliographique
Résumé
The Kepler mission revealed that sub-Neptunes are about as common as stars, which defied our pre-existing notion of planet demographics. The prevailing view for sub-Neptunes was that they are mostly core by mass and atmosphere by volume (Lopez & Fortney, 2014). However, current formation models do not consider dissolution at the atmosphere-core interface. The temperature and pressure at the magma-atmosphere interface can rise to >3000 K and ~5-30 GPa (Lee et al., 2014; Piso et al., 2015), high enough for dissolution of hydrogen gas into the magma (Chachan & Stevenson, 2018). The dissolution of atmosphere into the magma may explain the drop-off in exoplanet abundance at 3 times Earth radius (Kite et al., 2019), but the puff-up of the magma due to gas dissolution has not previously been included. We propose a simple model to calculate sub-Neptune mass-radius relation, including, for the first time, the puff-up effect. Key assumptions include: (1) nonlinear solubility of gas in magma is constrained by limited laboratory data (Hirschmann et al, 2012); (2) the Fe/core mass fraction is Earth-like, and He/gas mass fraction is Solar-like; (3) ideal mixing between the dissolved gas and magma; (4) the dissolved gas is well mixed within the magma-layer. The EoS used are an Mg 2 SiO 4 for the magma (Stewart et al., 2020); the H/He EoS (Chabrier et al., 2019); and a simple model for Fe (Seager et al., 2007). The model is integrated from the radiative-convective boundary and iterated until atmosphere-magma solubility equilibrium. We have varied the core mass, atmospheric mass and equilibrium temperature in the atmosphere. Our preliminary results are shown in Figures. The critical point for the puff-up of the core due to the dissolved gas corresponds to ~1% solubility at the magma-atmosphere boundary (Fig. 1). The puff-up effect can be important up to 0.3 Earth radius (Fig. 2), much larger than the radius error bars for a single planet in the CKS survey with Gaia DR2 data (Fulton & Petigura, 2018). In future, we will add additional constraints on gas/core mass fraction (Lee, 2019), forward-model the relationship between mass and photospheric radius, and generate predictions for exoplanet masses and radii that can be used to help interpret data from ESA’s PLATO and NASA’s TESS.
Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.
Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,002 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,001 | 0,001 |
| Communication savante | 0,001 | 0,002 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,002 | 0,002 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».