从尘埃到星子：原行星盘中碰撞生长的改进模型

行星形成发生在富含气体和尘埃的原行星盘环境中。对这些天体的观测表明，原始亚微米级颗粒生长成较大聚集体的过程发生在盘的最早期阶段。然而，使用 Smoluchowski 方程描述碰撞凝聚和破碎的颗粒生长理论模型，迄今未能在大颗粒生成的同时维持显著的小颗粒种群。这通常归因于存在两个阻碍生长的势垒，即碰撞颗粒的反弹和破碎。在本文中，我们证明了由于使用了未考虑气体盘内颗粒运动随机性的简化模型，这些势垒的重要性被人为夸大了。我们提出了一种新方法，其中两个颗粒之间的相对速度由一个概率分布函数描述，该函数同时模拟了确定性运动和随机运动。同时考虑这两者可以得出与近期其他研究截然不同的结果。我们展示了颗粒生长的两个关键“要素”的重要效应：正确实施克服反弹势垒的速度分布函数，以及结合高质量比碰撞中的质量转移，促进大颗粒生长超越破碎势垒。我们模拟的一个稳健结果是出现了两个颗粒种群（小颗粒和大颗粒），这可能同时解释了原行星盘中一些长期存在的问题，包括靠近中心恒星的星子形成、盘远处毫米至厘米级颗粒的存在，以及微米级颗粒持续存在数百万年。