如何由毫米级球粒陨石及其聚集体形成星子

太阳系中小行星和柯伊伯带天体的尺寸分布难以与自下而上的形成情景相协调，因为观测到小于约 100 km 的天体极为稀缺。相反，星子似乎是以自上而下的方式形成，即大型 100-1000 km 的天体由小固体颗粒致密团块的快速引力坍缩形成。在本文中，我们研究了固体颗粒在原行星盘中形成致密团块的条件。我们使用流体动力学代码模拟剪切盒内固体颗粒与气体的相互作用，考虑的颗粒尺寸范围从亚毫米级的球粒陨石到米级的岩石。我们发现，小至毫米级的颗粒可以通过称为“流不稳定性”的径向漂移失控汇聚形成致密的颗粒云。我们绘制了易产生致密颗粒团块的条件范围图（包括湍流强度、颗粒质量负载、盘质量以及与恒星的距离）。最后，我们估算了毫米级颗粒之间的碰撞速度分布。我们计算了粘附碰撞的速率，并得出了颗粒生长时标的稳健上限，约为 $10^5$ 年。这意味着毫米级球粒陨石聚集体的生长时标远小于盘的吸积时标（约 $10^6 - 10^7$ 年）。我们的结果提出了一条从原始陨石中发现的毫米级颗粒到完全形成的小行星的演化路径。我们推测，小行星可能形成于一个正反馈循环：凝聚导致由流不稳定性驱动的颗粒团簇，而这种团簇反过来又降低了碰撞速度并增强了凝聚。未来的模拟应共同建模凝聚过程和流不稳定性，以进一步探索这一反馈循环。