自引力盘中行星胚胎的直接形成

在远离中心恒星的大间距处已发现巨行星。此外，数量惊人的年轻星周盘在大轨道间距处存在气体和/或尘埃间隙，可能由嵌埋的行星天体所驱动。然而，要在盘寿命内通过核吸积在大轨道间距处形成大质量行星，亟需早期固体核来引发卵石与气体吸积。年轻原行星盘很可能具有自引力，这些引力湍流盘可在螺旋波驱动下于中面有效聚集固体物质。我们运行了带拉格朗日尘埃粒子的引力湍流盘三维局部流体力学模拟，以确定粒子与气体自引力能否导致致密固体体的形成，从而为后期行星形成提供种子。当计入尘埃粒子间自引力时，尺寸为 $\mathrm{St} = 0.1$ 至 $1$ 的固体在引力湍流螺旋结构中聚集，并在自身自引力下坍缩为质量达数 $M_{\oplus}$ 的致密团块，位于宽轨道处。漂移效率最高的尘埃（$\mathrm{St}=1$）模拟形成了最庞大的粒子云，而较小尘埃粒子（$\mathrm{St}=0.1$）的模拟中团块质量低一个数量级。当计入尘埃对气体的反作用时，尘埃团块尺寸减小几倍但数量增多。盘早期存在大固体体可加速行星形成过程，尤其在大轨道间距处，并有可能解释远离中心恒星的行星以及具有子结构的年轻原行星盘。