气体辅助小固体吸积的行星形成

我们计算了小固体（半径1 cm ≤ Rs ≤ 10 m）在嵌入气体盘的行星上的吸积效率。行星质量3 ≤ Mp ≤ 20地球质量，轨道在太阳质量恒星10 AU内。盘热力学通过三维辐射流体动力学计算建模，通常解析行星包层。考虑冰质和岩石质固体，显式建模其热力学演化。1 ≤ Rs ≤ 100 cm粒子的最大效率通常≲10%，而10 m固体倾向于有效吸积或偏转到行星轨道之外。采用简化方法计算小核（质量Mp ≤ 1地球质量，无包层）的吸积效率，效率近似正比于Mp^(2/3)。根据未受扰动的阻力诱导漂移速度估算的固体质量通量，提供典型吸积率dMp/dt ≲ 1e-5 Mearth/yr。在初始气尘质量比70-100、总质量0.05-0.06 Msun的代表性盘模型中，固体吸积在1-1.5百万年后降至1e-6 Mearth/yr以下。推导的吸积率作为时间和行星质量的函数，应用于形成计算，该计算自洽地计算尘埃不透明度与固体输送到包层的过程。假设尘埃-固体凝聚时间约0.3 Myr，盘寿命约3.5 Myr，重元素库存3-7 Me需要约90-150 Me的固体穿过行星轨道。形成计算涵盖多种结果，从数倍地球质量、主要由重元素组成的行星到巨行星。固体吸积时期的峰值光度范围约为太阳光度的1e-7到1e-6。