巨行星胚胎内部的颗粒沉降

在大质量碎裂原行星盘的背景下，Boss (1998) 提出，在距离恒星约 5 AU 处形成的巨行星胚胎内部，颗粒可以生长并沉降。此后多位作者对这一观点提出了批评。对流可能阻止颗粒沉降，而且由于在这些距离上冷却效率过低，胚胎甚至无法在如此靠近主星的位置形成。在此，我们重新考虑 Boss (1998) 提出的颗粒沉降过程，但将其置于一个根据冷却约束预期在约 100 AU 处形成的胚胎内部。这类胚胎密度更低，温度也更低。我们对这一过程进行了分析估计，并进行了简单的球对称辐射流体动力学模拟来检验这些想法。我们发现，在我们的模型中，对流在形成一定质量（约一个地球质量，详见后续论文）的固态核心之前并不重要。湍流混合会减缓尘埃沉降，但当尘埃颗粒生长到厘米级大小时，湍流混合会被颗粒沉降所压倒。尘埃沉降所需的最短时间约为几千年，并且强烈依赖于胚胎的质量、尘埃含量和不透明度。我们给出了一个近似的分析判据，用以界定巨行星胚胎收缩和加热速度快于尘埃沉降的条件。与 Boss et al (2002) 一样，我们认为，通过巨行星胚胎内部的颗粒沉降形成核心，可能为形成巨型气态行星和巨型冰行星提供一条尚未探索的途径。本模型也是论文 III 的基础，在该论文中，我们研究了通过潮汐瓦解和行星包层的光致蒸发形成类地行星核心的可能性。