理解行星如何变得巨大。I. 一个新玩具模型的描述与验证

巨行星的形成需要积累约 10 个地球质量的固体物质；但原行星是如何获得其质量的？有许多（往往是相互竞争的）过程调节着原行星的吸积率。为了评估这些过程的影响，我们提出了一个新的、公开可用的玩具模型。该玩具模型的原理是尽可能包含更多物理相关的过程，同时不牺牲其简单性、速度和物理洞察力。该玩具模型采用模块化结构，其中关键特征（例如星子碎裂、径向轨道衰减、星云湍流）可以开启或关闭。我们的模型假设三个离散组分（碎片、星子和胚胎），并在空间上为零维。我们将该玩具模型的输出结果与文献结果进行了测试，发现总体上一致性令人满意。我们首次包含了捕捉小颗粒、气体和原行星之间三方相互作用的模型特征。星子之间的碰撞将导致碎裂，将大量固体质量转移至与气体强耦合的小颗粒上。我们的结果表明，吸积过程的效率随后变得对气体性质非常敏感——特别是湍流状态和盘头部风（气体轨道速度相对于开普勒速度的减小）的大小——以及特征碎片大小。