碎裂环星盘中固体的聚集与生长

由于早期环星盘富气体的环境，盘中寒冷致密区域的引力坍缩所形成的碎块主要由气体构成。在形成过程中，盘碎块可通过与周围盘物质的相互作用（无论是粒子向压力极大处的迁移，还是相互引力作用）获得增高的金属丰度。本文中，我们通过高分辨率三维自引力剪切盒模拟，研究碎块通过气粒相互作用收集和保留显著固体组分的能力。与引力不稳定性相关的轴对称扰动的形成使得中等尺寸粒子可通过气动阻力集中。到碎裂开始时，碎块内局部粒子聚集的质量已与气体组分相当，随后的引力坍缩导致固体核的形成。我们发现，在碎块中心达到会使固体升华的温度之前，这些核的质量可达数十个地球质量，具体取决于晶粒尺寸。碎块的固体分数与总质量也依赖于年轻母体原行星盘的金属丰度，初始金属丰度越高，碎块与固体核越大。此外，这些即将成为气态巨行星或褐矮星的延展大气偶尔会被富集至高于初始金属丰度，前提是中心未形成固体核；若核形成，则大气缺乏重元素。