压缩寡头制下的冰巨星形成：不稳定性及其后果

据推测，最多可形成 5 颗冰巨星——由约 90% 冰和岩石构成、仅 10% 氢的 Neptune 质量行星——这些行星位于日距 10-25 AU 的地方，以约 5 个 Hill 半径的间距排列成紧密的寡头结构。此类寡头最终不可稳定。一旦行星质子盘被充分耗尽，寡头相互扰动进入交叉轨道。我们通过数值积分探讨了不稳定性的发生及其结果，包括由行星质子盘引起的动力学摩擦冷却效应，同时固定了盘的性质。要触发导致首颗冰巨星被 eject 的不稳定，若原寡头盘面密度为 $\Sigma \sim 1$ g/cm$^2$，则盘面密度 $s$ 必须下降到 $<0.1$ g/cm$^2$。ejection 主要由木星引起，发生在 10 万年内。若要 eject 超过一颗寡头，则需 $s < 0.03$ g/cm$^2$。可产生类似太阳系结果的系统包括最多 4 颗除木星和土星外的寡头：在 30 AU 内存活下 2 颗冰巨星，其轨道经动力学摩擦冗却。我们的数值模拟支持行星系统起始于更为拥挤和紧凑的配置，如剪切支配的寡头所示。与以往研究不同，我们指出 $s < 0.1 \Sigma$ 是理解外太阳系演化的关键范畴，鼓励未来研究在放宽固定行星质子盘假设的前提下聚焦于此范畴。