环行星盘中的尘埃演化与卫星星子形成

人们相信巨行星的卫星形成于环行星盘中。以往许多研究假定其形成过程类似于岩石行星形成，即通过吸积称为卫星星子(satellitesimal)的卫星种子进行。然而，卫星星子形成本身构成一个非平凡问题，因为环行星盘中的尘埃演化受到快速径向漂移的严重影响，从而阻碍尘埃增长为卫星星子。为解决该问题，我们将围绕木星质量行星的环行星盘的最先进流体动力学模拟与尘埃增长和漂移模型在后处理步骤中相连接。我们发现，若盘内形成尘埃陷阱，则存在一条高效的卫星星子形成路径。得益于流体动力学模拟中向外气体流区域的天然存在，在距行星 85~R$_{\rm J}$ 的径向距离处出现显著尘埃陷阱，此处尘埃-气体比变得足够高以触发流致不稳定性(streaming instability)。流致不稳定性导致卫星种子的高效形成。由于来自环星盘的持续物质下落以及尘埃演化极短的时间尺度，环行星盘充当卫星星子工厂，不断将下落的尘埃处理为卵石，这些卵石聚集于尘埃陷阱并经历流致不稳定性。