通过多组分卵石吸积形成行星核

在基于卵石的核增长的通用经典图像中，行星核通过吸积单一卵石组分增长。成长中的行星可能达到所谓的卵石隔离质量，此时它诱发一个压力凸起，阻挡其轨道外侧向内漂移的卵石，从而停滞卵石吸积的核增长。在近期的流体动力学模拟中，压力凸起对卵石的过滤依赖于若干参数，包括核质量、盘结构、湍流粘度和卵石尺寸。我们研究了多组分而非单一组分卵石的吸积如何影响核增长率，以及卵石隔离质量对湍流粘度和卵石尺寸的依赖性如何决定最终核质量。我们在粘性一维盘中进行了数值模拟，其中最大颗粒尺寸由颗粒增长、破碎和漂移极限调控。我们确认核增长率和最终核质量对三个关键参数敏感：卵石碰撞破碎的阈值速度、湍流粘度和卵石组分分布，这产生了多样的行星核。通过多组分卵石吸积，行星核可增长相当快，质量达到超过 30–40 $M_{\rm{E}}$。冷气态巨行星的潜在核能够从最初植入远至 50 AU 的胚胎形成。我们的结果表明，多组分卵石吸积可解释：木星核内估计 25–45 $M_{\rm{E}}$ 的重元素丰度；系外行星的大质量核；更宽轨道上的盘环与缝隙；行星天体的早期快速形成。