由卵石吸积形成的行星系统架构

在行星吸积模型中，卵石由尘埃凝聚形成，并迅速向中心恒星迁移。在原行星盘的整个寿命期内，星子可能通过尚不确定的机制由卵石持续形成。同时，大的行星胚胎通过吸积未并入星子的剩余卵石而高效生长。尽管这一被称为卵石吸积的过程为巨行星核的形成提供了一条极具前景的新途径，但通过该过程形成的行星系统架构仍然难以捉摸。在本文中，我们使用基于粒子的混合代码模拟行星系统的形成，并在其中尽可能精确地实现了大多数关键物理效应。我们改变了原行星盘的大小、湍流粘度、卵石大小、星子形成效率以及星子的初始质量分布。我们的模拟表明，如果星子的初始大小为 $100$ km 或更小，它们首先通过相互碰撞生长。一旦星子尺寸达到 $\sim$ 1000 km，它们便通过卵石吸积高效生长。如果在大原行星盘中来自外部区域的卵石供应持续很长时间，行星胚胎将变得足够大以开始失控气体吸积，从而形成气态巨行星。我们的模拟表明，像我们这样的行星系统形成于具有中等偏高湍流粘度的原行星盘。如果盘的湍流粘度足够低，行星会在气体盘中打开间隙，甚至在失控气体吸积开始之前就停止卵石吸积。这样的盘会产生一个包含数颗海王星大小行星的行星系统。