PALEOS: Equações Multifásicas de Estado e Relações Massa-Raio para Interiores de Exoplanetas

Modelar o interior de um exoplaneta rochoso ou rico em água é um problema de fechamento termodinâmico: a densidade, o gradiente de temperatura e a fase de cada camada devem seguir-se de uma equação de estado que permanece autoconsistente em todo o planeta. As disciplinas EoS existentes abrangem disciplinas, usam formalismos diferentes e raramente fornecem as quantidades termodinâmicas completas necessárias aos modelos evolutivos de transições de fases interiores.

Apresentamos PALEOS (Planetary Assemblage Layers: Equations of State), um kit de ferramentas de código aberto que consolida EoS para ferro, silicato de magnésio (MgSiO$_3$) e água (H$_2$O) em uma estrutura unificada, com reconhecimento de fase e termicamente responsiva. PALEOS deriva analiticamente densidade, energia, entropia, capacidade térmica, expansão térmica e gradiente adiabático por meio de relações de Maxwell e é lançado como tabelas de pesquisa em grades PT regulares.

Nós o validamos em relação ao Modelo de Referência Preliminar da Terra, recuperando o raio da Terra para 0, 3% e as densidades do manto inferior para 3%, e calculamos 17. Demonstramos isso em duas super-Terras de período ultracurto, WASP-47 e e TOI-1807 b: cada uma admite duas soluções puramente rochosas indistinguíveis em massa e raio, mas em estados radicalmente diferentes, uma totalmente sólida sem dínamo, a outra abrigando um profundo oceano.

EoS termicamente resolvidos e com reconhecimento de fase são essenciais para traduzir observações astronômicas em geofísica exoplanetária. Tanto indivíduos como organizações que trabalham com arXivLabs abraçaram e aceitaram nossos valores de abertura, comunidade, excelência e privacidade dos dados do usuário.

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