TRAPPIST-1 及其他致密系统的卵石驱动行星形成

最近，在 M 型矮星 TRAPPIST-1 周围发现了七颗地球大小的行星。得益于凌星时间变分，这些行星的质量和因而得出的整体密度得到了约束，表明所有 TRAPPIST-1 行星的水质量分数均在约 10% 量级。这些水分数以及系统内相似的行星质量，对该系统的起源构成了强约束。在先前的工作中，我们概述了一种卵石驱动的形成情景。在本文中，我们更详细地研究了这一形成情景。我们使用拉格朗日光滑粒子方法对卵石的生长与漂移以及卵石通过流不稳定性的星子转化进行建模。我们使用 N 体代码 \texttt{MERCURY} 来追踪星子在通过合并和吸积卵石成长为原行星时的组成。该代码经过调整以考虑卵石吸积、I 型迁移和气体阻力。通过这种方式，我们模拟了整个行星形成过程（涉及行星质量和组成，而非动力学构型）。我们发现星子在单一的早期流不稳定性阶段形成。雪线外最初狭窄的星子环由于散射而迅速变宽。我们的模拟结果证实，这一形成路径确实导致尺寸相近的行星，并且在将卵石转化为行星方面效率很高（固体到行星的转化效率约 50%）。[...] 我们模拟所得行星的水含量在 10% 量级，且我们的结果预测行星水分数随轨道距离呈“V 形”趋势：从相对较高（最内侧行星）到相对较低（中间行星）再到相对较高（最外侧行星）。