星子和核心吸积

行星构成单元的层级式增长，从尘埃颗粒到千米级星子，再到原行星和巨行星核心。

Definition

星子和核心吸积是指原行星盘中的尘埃通过碰撞和引力吸积，层级式地增长为星子，然后进一步增长为原行星和巨行星核心的过程。

Scope

本主题涵盖固体物质如何在多个数量级上增长：尘埃的粘附和凝结，以及仍在争论中的向引力束缚星子的跃迁，以及驱动原行星失控增长和寡头增长的引力聚焦吸积。它包括流体不稳定性（streaming instability）和卵石吸积（pebble accretion）作为克服增长障碍的机制，以及形成触发气态巨行星形成所需的约十个地球质量核心的组装过程。

Core questions

• 尘埃颗粒如何克服反弹、碎裂和径向漂移障碍，达到星子大小？
• 什么触发了从碰撞增长到引力主导的失控吸积的转变？
• 在星盘消散之前，巨行星核心能以多快的速度达到气体捕获的临界质量？
• 增长何时通过吸积星子进行，何时通过吸积小卵石进行？

Key theories

失控增长和寡头增长

一旦天体足够大以进行引力聚焦，最大的星子在失控阶段增长最快，然后进入寡头增长阶段，其中少数主导的原行星以相似的速度吸积周围的星子群。

临界核心气体捕获

达到约十个地球质量的固体核心无法再维持静态气体包层，并经历失控的气体吸积，这是巨行星形成核心吸积理论的关键步骤。

流体不稳定性

固体和气体之间的空气动力学耦合可以将卵石聚集到致密的细丝中，这些细丝直接坍缩成星子，为克服米级增长障碍提供了一条途径。

Mechanisms

小颗粒通过粘性碰撞增长，直到径向漂移和碎裂阻止进一步凝结；然后，流体不稳定性等聚集机制将星子组装起来，星子通过相互引力吸积而增长。引力聚焦使得最大的天体占据主导地位，而卵石吸积可以通过捕获空气动力学减速的固体来快速形成大质量核心。

Clinical relevance

固体增长的效率和时机决定了星盘的某个区域是只产生小天体、类地行星还是气态巨行星核心，从而塑造了整个系统的结构。

History

萨夫罗诺夫在20世纪70年代提出的星子理论确立了层级式增长框架。1996年，波拉克及其合作者的计算量化了巨行星临界核心气体捕获情景。自21世纪初以来，流体不稳定性理论和卵石吸积理论得到了发展，以解决星子和巨行星核心快速增长中长期存在的障碍。

Debates

星子最初是如何形成的？

米级障碍主要是通过流体不稳定性、其他聚集机制还是直接碰撞增长来克服的，目前仍在积极研究中。

Key figures

• Viktor Safronov
• James Pollack
• Jack Lissauer
• Anders Johansen

Seminal works

• safronov1972
• pollack1996
• johansen2014

Frequently asked questions

什么是米级障碍？

它是指大小约为一米的固体所面临的困难：它们碰撞速度过快而无法粘附，同时又过快地向恒星内部漂移，因此要超越这个尺寸的增长需要特殊的聚集机制。

为什么巨行星需要一个十个地球质量的核心？

大约在这个质量下，核心的引力无法再维持稳定的气体包层，因此它开始快速吸积星盘气体并成长为气态巨行星。