受潮汐屏障约束的气态巨行星吸积

在原行星获得足够质量以在其原生原恒星盘中打开部分间隙后,残余气体在黏性耗散作用下继续扩散到马蹄形流线上,并在行星的 Hill 球内外蜿蜒流动。在 Hill 球内,马蹄形流线截获环行星盘中的气体流。宿主恒星的潮汐扰动在汇聚流线的界面上诱导出一道屏障。跨越该潮汐屏障的角动量黏性转移决定了从马蹄形流线向环行星盘的质量扩散速率,并最终决定向原行星的吸积速率。我们进行了一系列数值模拟以检验该潮汐屏障对超热行星的影响。在弱黏性盘中,原行星的吸积速率在其质量超过热极限后急剧下降。由于其增长时标超过气体耗尽时标,其质量达到与木星相当的渐近值。在相对较厚且强黏性的盘中,原行星的渐近质量超过木星的几倍。二维数值模拟表明,此类大质量原行星强烈激发附近马蹄形流线的偏心率,破坏有序流动,大幅增强跨越潮汐屏障的扩散速率,并提升其增长速率,直至其原生盘被严重耗尽。相比之下,三维模拟中偏心流线保持稳定。基于已知系外行星观测质量分布的上限衰减,我们推测其原生盘具有相对较低的黏度 alpha sim 0.001、适度的厚度 H/R sim 0.03 至 0.05,以及可与最小质量太阳星云模型相比的有限质量。