木星质量行星开启缝隙附近的尘埃凝聚

我们分析了由一颗木星质量行星所打开的缝隙内部及周围的尘埃凝聚过程。为此，我们对缝隙环境进行了高分辨率磁流体动力学（MHD）模拟，该环境因磁旋转不稳定性而呈湍流状态。从MHD模拟中，我们获得了以下位置的气体速度、密度和湍流应力值：a)靠近缝隙边缘，b)两股吸积到行星的气体流之一，c)低密度缝隙内部，d)缝隙外部。随后将这些MHD值输入一个蒙特卡洛尘埃凝聚算法，该算法对颗粒黏附与压实进行建模。针对每个区域，我们考虑两种尘埃群体：一种初始尺寸分布为单分散，单体半径等于1 $\mu$m；另一种初始尺寸分布遵循星际尘埃颗粒的Mathis-Rumpl-Nordsieck分布，初始单体半径介于0.5和10 $\mu$m之间。我们的蒙特卡洛计算表明，除一种情况外，所有情况下尘埃团聚体均先生长后压实；该例外情况为暴露于缝隙外气体条件下的初始单分散群体。在后者中，该群体的质量加权（MW）平均孔隙率达到了98\%的极高终值。所有其他情况的最终MW孔隙率介于30\%至82\%之间。压实的效率源于尘埃颗粒间较高的湍流相对速度。未来的研究需探索不同行星质量以及颗粒所带电荷的影响。