巨行星核形成建模 I：关键过程评估

我们在理解行星形成过程中面临的最具挑战性问题之一是木星和土星如何在太阳星云消散之前形成。最流行的巨行星形成模型是所谓的“核吸积”模型。在该模型中，首先主要通过双体吸积形成一个大的行星胚胎，随后是星云气体直接流入正在增长的行星。核吸积模型有一个致命弱点，即第一步。我们对此过程进行了迄今为止最全面的研究。在这项研究中，我们对嵌入在星子群中的多个行星胚胎的轨道进行了数值积分。在这些实验中，我们包括了：1）气动气体阻力，2）星子间的碰撞阻尼，3）由于大气层导致的增强的胚胎截面，4）星子碎裂，以及5）星子驱动的迁移。我们发现，胚胎与星子之间的引力相互作用导致了物质的整体重新分布——区域被清空，胚胎附近出现间隙。事实上，在没有碎裂的90%模拟中，胚胎附近的区域在发生显著增长之前就被清空了星子。然而，在剩余的10%中，胚胎经历了一次向外迁移的爆发，显著促进了增长。在约10万年的时间尺度上，外部胚胎可以迁移约6个天文单位，并增长到大约30个地球质量。我们还发现，包含星子碎裂往往会抑制增长。