通过卵石吸积实现气态巨行星核心的快速生长

观测到的气态原行星盘寿命对核吸积情景中气态巨行星和冰巨行星的形成施加了严格约束。负责吸引气态包层的约10地球质量的固态核心必须在原行星盘气体耗散完成之前（1-1000万年）形成。通过千米级星子碰撞来构建核心无法满足这一时间尺度约束，尤其是在宽恒星间距处。尽管如此，通过直接成像在宽轨道距离处探测到了气态巨行星。在本文中，我们数值研究了通过吸积与气体弱耦合的厘米级卵石来生长核心的过程。我们测量了从大星子到完全生长的10地球质量核心的种子质量上的吸积率，并测试了不同的粒子尺寸。数值结果与我们的解析表达式吻合良好，表明存在两种吸积机制：一种由低种子质量的方位角和径向粒子漂移决定，另一种由高种子质量的希尔球边缘速度决定。在前者中，最佳吸积粒子尺寸随核心质量增加而增加；而在后者中，最佳尺寸为厘米级，与核心质量无关。我们讨论了对气态巨行星和冰巨行星核心快速生长的启示。我们得出结论，卵石吸积可以解决长期存在的核吸积时间尺度矛盾。这需要中平面中接近1的尘埃与气体比、粒子生长到毫米和厘米级，以及大质量星子的形成或低径向压力支撑。与低标高星子碎片或标准千米级星子的引力聚焦吸积相比，在5 AU处核心生长时间尺度缩短了30-1000倍，在50 AU处缩短了100-10000倍。