气态巨行星最终质量的系统性研究

为了研究气态巨行星的长期吸积与最终质量，我们构建了一个解析模型，用于计算原行星盘中行星的气体吸积率，该吸积率是行星质量、盘黏度、盘标高以及未扰动表面密度的函数。我们首先从力平衡与动力学稳定性的考量出发，推导出行星轨道附近表面密度轮廓的解析公式。将其代入基于 Tanigawa 和 Watanabe（2002, ApJ 586, 506）的流体动力学模拟得出的、联系表面密度与气体吸积率的经验公式中，随后我们模拟了黏性演化盘中气态巨行星的质量演化。我们最终确定了最终质量作为行星半长轴的函数关系。我们发现，根据决定最终质量的不同过程，原行星盘可划分为三个区域。在内区，行星快速增长并形成深缝隙，在盘消散前自行抑制其增长。发现该区域内行星的最终质量随半长轴的增加而增加，其方式与缝隙打开的黏性条件给出的质量类似，但前者比后者大近 10 倍。在中间区域，盘气体的黏性扩散在行星形成深缝隙之前限制了气体吸积。当盘黏性演化快于盘蒸发时，最终质量可达盘质量。在外区，行星在盘的寿命期内仅捕获极少量的气体，形成海王星型行星。我们推导了不同区域最终质量及边界位置的解析公式，这有助于对气态巨行星的质量获得系统性的理解。