M矮星周围经盘不稳定的行星形成：碎裂条件与原行星性质

背景：在已观测到的围绕M矮星运行的系外行星中，约30%是比木星质量更大的气态巨行星。这些行星是经盘不稳定形成的首要候选体。目的：我们欲确定M矮星周围盘碎裂的条件以及经盘不稳定形成的行星的性质。方法：我们对M矮星原恒星盘进行流体动力学模拟，以确定发生引力碎裂所需的最小盘质量。考虑了不同的恒星质量、盘半径和金属丰度。每个原恒星盘的质量被稳步增加，直至盘碎裂并形成原行星。结果：我们发现碎裂发生需要盘与恒星质量比介于$\sim 0.3$与$\sim 0.6$之间。盘发生碎裂的最小质量随恒星质量和盘尺寸增大而增加。金属丰度对最小盘碎裂质量无显著影响，但高金属丰度可能抑制碎裂。原行星在距宿主星约$\sim50$ AU处快速形成(数千年内)，且初始温度极高；其中心温度与核吸积形成行星的吸积激波处预期温度相当(高达12000K)。这些行星的最终性质(如质量和轨道半径)由长期的盘-行星或行星-行星相互作用决定。结论：只要盘在形成初期至少具有宿主星30%的质量，盘不稳定便是M矮星周围形成气态巨行星的可行途径。未来对大质量M矮星盘或极年轻M矮星周围行星的观测，是确立盘不稳定在低质量恒星行星形成中重要性的必要工作。