卵石堆星子的形成

行星形成的第一阶段是尘埃和冰晶积聚成毫米至厘米大小的卵石。这些卵石可以通过流不稳定性聚集在一起，形成引力束缚的卵石‘云’。此类云中的卵石将发生相互碰撞，将能量耗散为热量。随着云失去能量，它逐渐收缩至固体密度。我们对此过程进行建模，并研究了坍缩的两个重要特性：(i) 坍缩时标和 (ii) 卵石尺寸分布的时间演化。我们的卵石云数值模型是零维的，并采用统计方法处理碰撞。我们发现，半径大于 100 km 的星子在约 25 年的自由落体时标上发生坍缩。低质量云的卵石碰撞时标更长，坍缩速度慢得多，10 km 量级星子的坍缩时间为几百年，而 1 km 量级星子则为几千年。卵石云的质量也决定了所得星子的内部结构。低质量云中的卵石碰撞速度低于破碎阈值，形成了由原行星盘中的原始卵石组成的卵石堆星子。另一方面，半径超过 100 km 的星子由尘埃（卵石碎片）和经历过与尘埃及其他卵石大量碰撞的卵石混合而成。前往彗星 67P/Churyumov-Gerasimenko 的 Rosetta 任务和前往冥王星的 New Horizons 任务都将提供关于太阳系中星子结构的宝贵信息。我们的模型预测，67P 是一个由太阳星云中的原始卵石组成的卵石堆星子，而收缩形成冥王星的云中的卵石必须在坍缩过程中被显著磨碎。