行星间隙边缘形成星子的低吸积效率

对巨行星的观测与模型表明，此类天体相较太阳丰度富集重元素。主流观点认为巨行星在核形成结束后吸积了多个地球质量的重元素。此种晚期固体富集通常用星子吸积解释。星子预期形成于行星间隙边缘，本文探讨这些星子能否以足够大量被吸积以解释巨行星推断的高重元素含量。我们开展一系列N体模拟，研究行星增长阶段星子与行星的动力学，考虑气体阻力及由延展包层所致的碰撞截面增强。我们考虑木星与土星在达到卵石隔离质量后经由气体吸积的增长，并包含其在演化盘中的迁移。我们发现，行星间隙边缘形成星子的吸积效率极低：即便在最有利情形下，形成的星子中不到10%被吸积，对应于模型中几个地球质量。当假设星子形成于行星feeding zone之外、延伸至距行星几个Hill半径处时，吸积可忽略。此外，我们发现吸积效率随行星迁移距离增大而增高，且星子半径减小时效率不增。基于这些结果，我们结论：用气体吸积阶段星子吸积解释巨行星大重元素含量是困难的，极可能需替代过程，例如漂移卵石沉积蒸气的吸积。