环木星盘中星子的捕获与演化

我们研究了在演化气体盘中星子的演化过程，这些盘围绕一颗太阳质量恒星运行，并在 $a_p\sim5\mathrm{AU}$ 处拥有一颗木星质量行星。气体动力学采用三维流体动力学代码建模，该代码使用嵌套网格，在环行星盘中达到一个木星半径的分辨率。该代码将固体建模为独立粒子。星子受到恒星和行星的引力、气体的阻力、冲压压力导致的瓦解以及烧蚀导致的质量损失。固体的质量演化与其温度、速度和位置自洽计算。我们考虑半径为 0.1-100km 的冰质及冰岩混合天体，初始部署在行星轨道附近几个希尔半径 ($R_{\rm Hill}$) 范围内的绕星轨道上。星子被散射向内、向外以及向 $r\gg a_p$ 的盘区域。只要 $|r-a_p|\sim 3R_{\rm Hill}$ 的区域得到星子补充，散射就能重新定位大量固体。被散射的天体可以被暂时捕获在行星中心轨道上。在气体温度 $>\sim220\mathrm{K}$ 时，烧蚀消耗了几乎所有固体。气体间隙外缘及其之外的超开普勒旋转可以分离 $<\sim0.1\mathrm{km}$ 的天体，从而在依赖于尺寸的径向位置产生固体间隙边缘。固体的捕获、破碎和烧蚀导致形成一个富含尘埃的环行星盘，其中公里级星子的面密度较低，这意味着卫星形成的时标相对较长。在巨行星获得大部分质量后，固体的吸积不太可能显著改变其重元素含量。固体吸积产生的光度可能与收缩光度处于同一数量级。