原行星巨大撞击的合并判据

在类地行星形成的最后阶段（即巨大撞击阶段），数十个火星大小的原行星相互碰撞以形成类地行星。此前几乎所有关于该阶段原行星轨道与吸积演化的研究都基于完美吸积的假设，即两个碰撞的原行星总是合并。然而，最近的撞击模拟表明，原行星之间的碰撞并不总是合并事件，即两个碰撞的原行星有时会在碰撞后分开（擦碰碰撞）。作为研究此类原行星不完美吸积对类地行星形成影响的第一步，我们研究了岩石原行星碰撞的合并判据。利用光滑粒子流体动力学（SPH）方法，我们对具有不同参数集（如原行星质量比 $\gamma$、两个原行星的总质量 $M_{\rm T}$、撞击角 $\theta$ 和撞击速度 $v_{\rm imp}$）的 1000 多次巨大撞击进行了模拟。我们研究了合并与擦碰碰撞之间转变处的临界撞击速度 $v_{\rm cr}$。我们发现，归一化临界撞击速度 $v_{\rm cr}/v_{\rm esc}$ 依赖于 $\gamma$ 和 $\theta$，但不依赖于 $M_{\rm T}$，其中 $v_{\rm esc}$ 为二体逃逸速度。我们推导出了 $v_{\rm cr}/v_{\rm esc}$ 作为 $\gamma$ 和 $\theta$ 函数的简单公式，并将其应用于先前研究中通过 \textit{N}-体计算获得的巨大撞击事件。我们发现这些事件中有 40% 不应是合并事件。