Planetary Core Formation with Collisional Fragmentation and Atmosphere to Form Gas Giant Planets
巨大的行星核心($\sim 10$地球质量)引发快速的气体吸积,形成气体巨行星\rev{such as}木星和土星。我们调查的核心增长和核心的可能性,以达到这样一个关键的核心质量。在后期阶段,行星核心通过与小行星的碰撞而成长。微行星与行星核心的引力相互作用导致微行星的碰撞碎裂,减少了周围微行星的数量,从而减少了最终的核心质量。从小的微行星开始,碎片迅速移动,形成质量较小的核心。然而,行星核心在气体快速吸积之前获得了扩大其碰撞截面的大气。一旦行星核心超过火星质量,大气层就会显著加速核心的生长。我们表明,考虑到碎片和大气的影响,最初大的星子使足够大的核心形成。另一方面,由于大型星子的核心生长缓慢,因此需要一个巨大的磁盘才能使核心在磁盘寿命内充分增长。如果初始星子大小为100\,km的圆盘质量是最小质量太阳星云的10倍,那么在类木行星区域($>5\,$ AU),行星核心的质量可以超过10个地球质量。
2011-06-10 astro-ph.EP
Planet formation in stellar binaries I: planetesimal dynamics in massive protoplanetary disks
大约$20\%$的径向速度调查发现的系外行星居住在恒星双星。为了弄清它们的起源,我们必须了解双星系统内原行星盘中的微行星的动力学。标准的描述,只占气体阻力和引力的伴星已受到挑战,最近的原行星盘的引力被证明在星子动力学中起着至关重要的作用。另一个复杂的现象是双星系统中的原行星盘倾向于偏心,从而引起额外的星子偏心率激发。在这里,我们第一次解析地探讨了双星如$α$ Cen和$γ$ Cep在(1)偏心原行星盘的重力,(2)由于(共面)偏心伴星的扰动,和(3)气体阻力的联合作用下的星子的长期动力学。我们得到明确的解决方案的行为的星子偏心率${\bf e}_p$在非旋进磁盘(和旋进磁盘在一定的限制)。我们得到了星子相对速度分布的解析形式,这是理解它们碰撞演化的关键输入。盘引力强烈地影响相对速度,并且倾向于将以最高速度与可比物体碰撞的微行星的大小推到小值,$\sim 1$ km。我们还发现,在偏心的原行星盘approximally对齐的双星轨道的星子碰撞在较低的相对速度比在错位磁盘。我们的研究结果突出了一个决定性的作用,磁盘重力在双星的微行星动力学。
2014-08-21 astro-ph.EP
Destruction of eccentric planetesimals by ram pressure and erosion
卵石大小的小天体和小行星大小的大天体在行星形成中都扮演着重要的角色。它们以自己的方式形成尘埃生长的进化步骤。然而,在后来的时间,他们也被认为是提供背景人口的质量,更大的机构可能会养活。我们在这项工作中提出的建议是,从粘性搅拌开始,偏心轨道上的微行星可能会在它们变得超音速时爆炸,而不是进入地球大气层的小型多孔行星体。我们提出了一个小行星运动和破坏的玩具模型来展示这个过程的关键方面。后果相当严重。在任何时候,它表明,只有星子或多或少的圆形轨道存在于内盘。在一颗星子毁灭之后,剩余的物质不断地重新分配到原行星盘的卵石水库中。由于破坏通常发生在小恒星距离由于超音速,预计将促进卵石吸积在内部原行星盘作为其主要影响之一。
2020-10-27 astro-ph.EP
Collisional parameters of planetesimal belts, precursor of debris disks, perturbed by a nearby giant planet
星子带被用来解释碎片盘的长期存在。模拟其碰撞演变和计算尘埃产生率的重要参数是碰撞的固有概率$P_i$和平均碰撞速度$U_c$。如果一颗行星的轨道靠近行星带,这两个参数的值会受到长期扰动的影响,从而在偏心率$e$和近心点经度$\varpi$之间产生很强的相关性。我们采用了一种新的算法来计算$P_i$和$U_c$的长期相关性,由于不同的比例之间的适当和强迫偏心率的存在。我们测试了这个算法在一个标准的情况下,木星大小的行星轨道内的一个假定的星子带发现,它是不太活跃的碰撞相比,自搅拌带,因为$e - \varpi$耦合。行星的偏心率是决定尘埃产生量的一个重要参数,因为当行星的偏心率从0.1增加到0.6时,侵蚀速度会快10倍。带的初始条件(无论是冷的还是热的)和它的平均倾角强烈地影响着$P_i$和$U_c$,进而影响着它在行星存在下的长期碰撞演化。最后,我们将我们的方法应用到星子带,推测重新填充围绕HD 38529和$ε$波江座的尘埃盘。在碰撞最活跃的构型中,预计只有一小部分小于100公里的天体会在4 Gyr的时间跨度内碎裂。
2017-01-07 astro-ph.EP
Dynamics of Planetesimals due to Gas Drag from an Eccentric Precessing Disk
我们分析了一个紧双星系统的拱星轨道中单个小行星的动力学。我们既包括第二颗恒星的引力摄动,也包括来自具有有限进动率的偏心气体盘的非线性气体阻力。我们考虑了几种气体的进动率和偏心率,并将结果与圆轨道上的静态圆盘进行比较。圆盘进动与经典静态情形有三个主要区别:(1)由气体阻力产生的平衡长期解不再是平均系统中的固定点,而是频率等于气体进动速率的极限环。周期的振幅与天体的大小成反比,对于$\sim 50$ km大小的微行星,振幅可以忽略不计。(ii)小天体所能达到的最大最终偏心率被限制在气体偏心率和强迫偏心率之间的间隔内,并且对于与气体强烈耦合的微行星,不再保证拱点对准。(iii)轨道衰变和长期演化的特征时间尺度随着岁差率的增加而显着降低,其值比静态磁盘小两个数量级。最后,我们将此分析应用到$γ$ -Cephei系统,并估计不同尺寸物体的撞击速度和气体偏心率值。对于高的磁盘偏心率,我们发现,磁盘的进动减少了不同大小的星子之间的速度色散,从而有助于吸积碰撞在磁盘的外部。相反的情况发生在几乎圆形的气体圆盘上,其中进动产生相对速度的增加。
2010-06-08 astro-ph.EP
Planetesimals to Terrestrial Planets: collisional evolution amidst a dissipating gas disk
我们对类地行星的形成过程进行了数值模拟,研究了内太阳系中从微行星到行星的连续生长过程。以前的研究表明,生长将是由内而外的,但通常的做法仍然是假设整个内盘最终将达到胚胎和星子的双峰分布。对于盘质量,初始星子半径和气体盘寿命的组合,在这项工作中探索的整个磁盘从来没有达到一个简单的双峰质量分布。我们发现,由内而外的增长被放大的碰撞演化的固体和相互作用与耗散气体盘的综合影响。这导致了在同一时间内,在盘的不同位置永远不会实现寡头增长,在某些情况下,盘可以在1 au内支持混乱的增长和巨大的影响,并在2 au之外支持失控的增长。星子人口是有效地耗尽在内盘胚胎生长主要是在一个显着的气体盘的存在下进步。进一步在磁盘的增长是较慢的相对于气体盘耗散,导致更多的激发星子在同一阶段的增长和效率较低的吸积。由于碰撞研磨强烈改变了吸积行星相对于初始质量分布的表面密度,这种相同的效应导致了质量损失。与以前没有碰撞研磨的工作相比,这种效应降低了火星与地球的质量比。与之前的一些发现类似,这些模拟使用了截然不同的生长情景,产生了第一代行星胚胎,在不稳定并进入混沌生长阶段之前,这些胚胎稳定了10-20百万年,或气体耗散时标的5-10个e折叠时间。
2019-08-02 astro-ph.EP
Forecasting Catastrophe: Constraints on the Fomalhaut Main Belt Planetesimal Population from Observed Collisional Remnants
Lunar and Planetary Laboratory, The University of Arizona(亚利桑那大学行星科学实验室);Steward Observatory, The University of Arizona(亚利桑那大学斯图尔德天文台);James C. Wyant College of Optical Sciences, The University of Arizona(亚利桑那大学詹姆斯·C·怀扬特光学科学学院);NASA Goddard Space Flight Center(美国国家航空航天局戈达德太空飞行中心);European Space Agency (ESA)(欧洲空间局);European Space Astronomy Centre (ESAC)(欧洲空间局天文中心)
通过分析法米劳特系统中的碰撞残骸,研究确定了主带小天体群体的约束,发现其总质量范围及碰撞率,为系外行星系统的小天体研究提供新视角。
2026-03-07 astro-ph.EP
Planetesimal drift in eccentric disks: possible outward migration
本文研究偏心原行星盘中星子的径向漂移,发现此前基于轴对称盘修正的漂移速率估计在部分条件下高度不准确,星子可能向外漂移并形成稳定吸引子,从而使星子面密度局部增强超过一个数量级。
2024-04-30 astro-ph.EP
Inner edges of planetesimal belts: collisionally eroded or truncated?
本文提出三阶段解析模型研究碎片盘碰撞演化,结合ALMA观测发现7个宽碎片盘中4个内边缘由碰撞侵蚀形成,3个可能被行星截断,并揭示HD 107146的宽间隙实为两个窄间隙。
2023-05-16 astro-ph.EP
Can planetesimals form by collisional fusion?
作为研究原行星体在湍流拱星盘中生长的试验平台,我们采用直接数值模拟的方法研究了巨砾周围的粒子播种气体流动,并采用Peskin(2002)开创的浸没边界方法,在巨砾表面施加无滑移和非穿透边界条件,对流动进行了精确的描述。尘埃颗粒在湍流盘流的作用下与漂砾发生碰撞,计算了碰撞速度法向分量的概率密度函数。通过这种碰撞速度的统计检查,我们测试了最近开发的碰撞融合的概念,它提供了一个物理基础的范围内的碰撞速度表现出完美的坚持。一个巨砾可以足够快地成长,在圆盘演化的时间尺度上进入开普勒轨道。
2013-06-16 astro-ph.EP physics.flu-dyn
Planetesimal collisions in binary systems
我们研究了紧密双星系统中千米大小的微行星的碰撞演化,以探讨在次级恒星强烈的引力扰动下,原行星是否能继续吸积。在双星和气体阻力的影响下,对微行星轨道进行了二维数值积分。由于与其他微行星的碰撞和碰撞碎片的吸积,微行星的质量和轨道可以演变。此外,碎片的质量会因微行星与微行星的碰撞和新微行星的产生而演变。我们表明,这是可能的,在原则上为公里大小的星子增长两个数量级的大小,如果星子形成的效率是相对较低的。我们讨论我们的二维方法的局限性。
2010-01-18 astro-ph.EP
Collisional Growth Within the Solar System's Primordial Planetesimal Disk and the Timing of the Giant Planet Instability
太阳系的大尺度结构是由一种短暂的动力学不稳定性形成的,这种不稳定性可能是由巨行星与一个巨大的原始冰碎片盘的相互作用引发的。在这项工作中,我们调查的条件下,这个原始磁盘可以合并成行星使用分析和数值计算。特别是,我们进行数值模拟的太阳系的早期动力学演化,占粘性搅拌和碰撞阻尼内的磁盘。我们证明,如果碰撞阻尼将足以保持温和的速度分散,地球质量trans-Neptunian行星可能出现在一个时间尺度的10万年。因此,我们的研究结果有利于这样一种情况,即外太阳系的动力学不稳定性在气态星云消散后立即开始,以避免外太阳系中地球质量行星的过度产生。
2021-07-22 astro-ph.EP
Planetary Growth with Collisional Fragmentation and Gas Drag
随着行星胚胎的成长,胚胎对微行星的引力搅动强烈地增强了微行星的随机速度,并使微行星之间的碰撞具有破坏性。产生的碎片被连续的碰撞磨得粉碎。最后,最小的碎片由于气体阻力而向内漂移而被去除。因此,碰撞破坏耗尽了星子盘,抑制了胚胎的生长。我们提供了分析公式的最终质量的行星胚胎,考虑到由于碰撞破坏的星子耗尽。此外,我们对胚胎生长进行了统计模拟(如果忽略中断,则可以很好地再现直接$N$体模拟的结果)。这些分析公式与我们的统计模拟结果是一致的。结果表明,最小质量太阳星云中几个天文单位的最终胚胎质量在$10^7$年内可达到约$\sim 0.1$地球质量。这给气体巨行星的形成带来了另一个困难,它需要具有$\sim 10$地球质量的核心来进行气体吸积。然而,如果星云盘的质量比最小质量的太阳星云大10倍,并且初始的星子尺寸大于100公里,就像一些星子形成模型所建议的那样,最终的胚胎质量在3-4 AU时达到大约10个地球质量。胚胎的碰撞截面被大气层增强,可能会进一步增加它们的最终质量,形成太阳系中5-10 AU的气体巨行星。
2010-05-17 astro-ph.EP astro-ph.SR
Debris disc formation induced by planetary growth
数百颗年龄超过1000万年的恒星被观测到有红外线过剩。这些观测结果可以用隐藏的微行星碰撞碎裂形成的尘埃颗粒来解释。这种尘埃状的小行星盘被称为碎片盘。在一个动态冷的星子盘中,星子的碰撞凝聚产生行星胚胎,然后搅动周围剩余的星子。因此,由行星形成而产生的星子碰撞碎裂形成了一个碎片盘。我们的目标是通过数值模拟星子种群的凝聚和分裂来确定碎片盘中底层星子的属性。碎片盘的亮度和时间演化取决于星子盘的径向分布、内外边缘的位置、总质量和盘中星子的大小。我们发现,一个径向狭窄的星子盘是最有可能导致的碎片盘,可以解释的趋势,观察到的红外线过剩的碎片盘周围的G型恒星,行星形成只发生在1亿年前。早期的碎片盘形成是由行星形成引起的,而后期的演化则是由已经形成的行星周围剩余星子的碰撞衰变所解释的。在$\approx 30$ AU上,具有半径为$\sim 100\,$ km的基本星子的星子盘最容易解释斯皮策太空望远镜24和70 $ μ$ m来自G型恒星周围碎片盘的通量。
2014-06-12 astro-ph.EP astro-ph.SR
The Influence of Cold Jupiters in the Formation of Close-in planets. II. Collisional Growth of Planetesimals
本研究模拟冷木星与黏性耗散原行星盘下星子的碰撞动力学演化,发现星子盘会演化成近距致密行星环,揭示巨行星对内盘固体重分布作用,解释含巨行星系统偏离“豌豆荚”构型的成因。
2025-09-02 astro-ph.EP
Planetesimals on eccentric orbits erode rapidly
该研究结合理论与格子玻尔兹曼方法数值模拟,发现原行星盘中大天体侵蚀在中间阶段遵循普适幂律,并估算出内盘不同轨道的星子侵蚀速率,揭示了偏心率轨道星子的快速侵蚀现象。
2021-09-30 astro-ph.EP physics.flu-dyn
Rapid formation of Gas Giant Planets via Collisional Coagulation from Dust Grains to Planetary Cores
气体巨行星,如木星、土星和巨大的系外行星,是通过气体吸积到固体核心上而形成的,每个固体核心的质量大约是地球的十倍。然而,由于盘-行星相互作用的快速径向迁移阻止了通过星子吸积形成如此巨大的核心。通过卵石吸积的相对快速的核心增长需要非常巨大的原行星盘,因为大多数卵石落入中央恒星。虽然星子的形成、行星的迁移和气体巨星核心的形成已经被研究了很多,但从尘埃到行星的完整演化路径仍然不确定。在这里,我们报告的结果完全模拟的碰撞演化从尘埃到行星在整个磁盘。真实孔隙度的尘埃生长允许在内盘(> 10 au)形成冰冷的星子,而在外盘形成的鹅卵石漂移到内盘并在那里生长成星子。这些小卵石生长成星子抑制了它们的径向漂移,并在核心附近可持续地供应小星子。这使得在行星迁移之前,在20万到40万年内迅速形成足够大的行星核心。我们的模型显示,第一颗气态巨行星在2-7天文单位时形成于相当常见的原行星盘中,与系外行星和太阳系一致。
2021-10-03 astro-ph.EP
From Planetesimal to Planet in Turbulent Disks. II. Formation of Gas Giant Planets
在核心吸积的情况下,气体巨行星是通过气体吸积形成的固体核心与几个地球质量。我们研究了这种核心的形成,通过碰撞生长从更大的大小的星子在湍流盘。形成核心的搅动导致碰撞碎裂,周围的微行星被碾碎,直到径向漂移。由于碰撞碎裂和径向漂移,周围的星子被耗尽,核心的生长因此停滞。星子的碰撞强度决定了星子耗尽的时间尺度,对于大的星子,这是延长。生长核心周围的星子的大小取决于失控生长开始时的星子大小分布。强烈的湍流延迟了失控增长的开始,导致大的微行星。因此,核心质量的演变取决于湍流参数$α$;形成足够大的核心,而不显着耗尽周围的星子需要强大的湍流$α\gtrsim 10^{-3}$。然而,强烈的湍流与$α\gtrsim 10^{-3}$导致一个显着的延迟失控增长的开始,并防止在磁盘的寿命内形成大量的核心。因此,在几百万年内形成足够大质量的核心需要固体表面密度的几倍增强,这是在内部圆盘$\lesssim 10$ AU中由于漂移的尘埃聚集体堆积而实现的。此外,碰撞强度$Q_{\rm D}^*$,即使是更大规模或更小的机构影响核心的增长; $Q_{\rm D}^* \gtrsim 10^7 \,{\rm erg/g}$机构$\lesssim 1$公里是可能的,这种气体巨星形成。
2018-06-19 astro-ph.EP astro-ph.SR
Modelling circumbinary protoplanetary disks II. Gas disk feedback on planetesimal dynamical and collisional evolution in the circumbinary systems Kepler-16 and 34
目标。本文研究了在进动偏心气体盘引力影响下,围绕观测系统Kepler- 16和Kepler-34的环双星原行星盘中小行星生长的可能性。方法.我们嵌入我们以前的流体动力学模拟的结果,原行星盘周围的二进制到N体代码执行3D,高分辨率,粒子间引力启用模拟的星子生长和动力学,包括由气体赋予的引力。结果包括完整的,进动的不对称气体盘产生高偏心率轨道的微行星轨道在边缘的circumbinary腔,气体表面密度和偏心率有其最大值。气盘能够有效地调整在某些区域的星子近心点,从而形成相控的、不相互作用的轨道。在这些区域之外,偏心的微行星轨道变得错位和重叠,导致微行星碰撞时轨道交叉和相对速度高。这可能导致侵蚀性碰撞数量的增加,远远超过导致增长的碰撞数量。来自静态轴对称气体盘的引力聚焦是弱的,并且不显著改变来自无气体情况的碰撞结果。结论.由于气盘的不对称性,微行星受到强烈的扰动而进入高度偏心的轨道。在微行星轨道没有很好地对齐的地方,轨道交叉导致侵蚀性碰撞的数量增加。这使得在开普勒-16 b和开普勒-34 b的位置很难发生持续的小行星吸积,因此我们排除了原位生长。这进一步支持了我们最初的建议,即大多数环双星行星应该在盘的更远处形成并向内迁移。
2016-04-06 astro-ph.EP
Formation of inner planets in the presence of a Cold Jupiter: orbital evolution and relative velocities of planetesimals
本文研究冷木星对内盘星子轨道演化和相对速度的影响,发现小星子受气体阻力影响相对速度升高,而大星子可保持低速度弥散并继续失控增长,表明冷木星不阻碍内岩石行星形成。
2023-08-28 astro-ph.EP
Impact of planetesimal eccentricities and material strength on the appearance of eccentric debris disks
背景:由于碎片盘中的星周尘埃是短暂的,尘埃的补充需要一个星子库的存在。这些位于碎片盘母带中的微行星围绕其宿主恒星运行,并通过相互碰撞不断为盘提供细小的尘埃。目的:我们的目标是了解不同的碰撞参数对偏心碎片盘的观测外观的影响。方法:采用ACE数值模拟程序,对选定的碎片盘构型的碰撞演化过程进行了数值模拟。随后,选定的可观测量与我们新开发的代码DMS模拟。偏心率的影响,动态激励,和材料强度的讨论相对于颗粒尺寸分布,光谱能量分布,空间分辨图像的碎片盘系统。结果:在不同的碰撞演化过程中,最明显的特征如下。首先,碎片盘系统偏心带中动力激励的增加和尘埃颗粒的材料强度的降低导致较小颗粒的较高产生率。这就减少了盘的近星点和近星点两侧的表面亮度差异。对于非常低的材料强度,“近心辉光”现象减少,最终甚至被相反的效果“远心辉光”所取代。第二,它是可能的,以限制从磁盘的外观碰撞活动的水平,例如,波长依赖的远心近心通量比。在所考虑的参数空间内,材料强度对盘的外观的影响比系统的动力学激励的影响更强。最后,我们发现碰撞参数对净谱能量分布的影响很小。
2018-06-06 astro-ph.EP
Importance of Giant Impact Ejecta for Orbits of Planets Formed during the Giant Impact Era
类地行星被认为是由火星大小的原行星的巨大撞击形成的。通过巨大撞击形成的行星具有高度偏心的轨道。行星周围的一群星子可能会通过随机能量的均分(动力学摩擦)导致行星的偏心阻尼。然而,动力摩擦增加了微行星的偏心率,导致微行星之间的高速碰撞。碰撞级联将星子研磨成尘埃,直到尘埃颗粒由于辐射压力而被吹出。因此,星子的总质量由于碰撞碎裂而减少,这削弱了动力学摩擦。我们研究了原行星在星子盘中的轨道演化,并考虑了星子的碰撞碎裂。对于100公里或更小的星子,动力摩擦是微不足道的偏心阻尼的行星,因为碰撞破碎。另一方面,巨大的撞击会喷射出碰撞碎片。虽然巨大的撞击喷出物的总质量是0.1 - 0.3个地球质量,但最大的撞击喷出物大小约为1,000公里。我们还研究了初始偏心率为0.1的单行星在一群这样巨大的撞击喷出物中的轨道演化。虽然巨大的撞击喷出物的总质量每3千万年减少3倍,但由于与巨大撞击喷出物的相互作用,行星的偏心率被阻尼到地球水平(~0.01)。因此,巨大的撞击喷出物对确定类地行星轨道具有重要意义。
2019-11-11 astro-ph.EP astro-ph.SR
Initial Planetesimal Sizes and the Size Distribution of Small Kuiper Belt Objects
我们表明,通过比较观测与理论模型,观测到的柯伊伯带的大小分布是很好地匹配的凝聚模型,从一个初始的小行星人口半径约为1公里,随后的碰撞演化。我们发现,在太阳系年龄段内,观测到的R > 30 km的尺度分布没有受到碰撞演化的影响,而R ~ 30 km以下的尺度分布受到了碰撞的影响,其斜率与使用已发表的强度定律的碰撞演化模型很好地匹配。我们详细地研究了从0.01公里到30公里的天体的尺寸分布,发现其斜率在接近R <0.1公里的物质强度主导的天体的平衡碰撞级联的预期值之前作为半径的函数变化了几次。与0.01 ~ 30 km范围内的单一幂律尺度分布相比,我们发现R ~ 10 km范围内的天体数量严重不足,而2km范围内的天体数量严重过剩。这种赤字和过剩是由在公里大小范围内的小微行星的过剩质量造成的,这是从失控的增长阶段遗留下来的,在4.5 Gyrs的碰撞演化后,在尺寸分布中留下了一个签名。因此,对小KBO尺寸分布的观测可以测试大KBO是否是由于失控生长而生长的,并限制初始的星子尺寸。我们发现,从最近的KBO掩星调查的结果和所观察到的KBO的大小分布可以最好地匹配的初始星子人口,包含约相等的质量,每个对数质量箱的机构,从0.4公里到4公里的半径。此外,我们发现,我们不能匹配所观察到的KBO的大小分布,如果大部分的星子质量包含在半径为10公里或更大的机构。
2013-04-02 astro-ph.EP
Planet formation in stellar binaries II: overcoming the fragmentation barrier in alpha Centauri and gamma Cephei-like systems
小间距(约20天文单位)的偏心双星,如仙王座γ或半人马座α,其行星形成被认为受到伴星存在的不利影响。偏心伴星对星子的强烈动力学激发可导致1-100公里天体的碰撞破坏(而不是增长),从而为行星形成产生“碎裂屏障”。我们修改了这个问题,使用一种新的描述的长期动力学的双星,占的偏心,共面原行星盘的重力,以及气体阻力的星子。通过对星子碰撞结果的研究,我们发现,只要原行星盘的质量大于10^{-2}M_(\odot),且只有弱偏心(盘偏心率<0.01),那么在约20个天文单位的分离双星中,在天文单位尺度的轨道上,星子的生长和随后的行星(包括气体巨星)的形成是可能的。这些要求与类仙后座系统中存在大质量行星(几个M_J)和最近对偏心双星中气体盘的模拟结果是一致的。类地行星和类海王星行星也可以在小半径(亚AU)的低质量盘中形成。我们发现,碎片障碍是一个问题,在偏心盘是apperially对准的双轨道。对齐产生了特殊的位置,在那里(1)相对星子速度低,(2)他们的阻力引起的径向漂移的时间尺度很长。这会导致星子堆积在盘中的这些位置,并促进它们的生长。
2014-08-20 astro-ph.EP
Extreme Secular Excitation of Eccentricity Inside Mean Motion Resonance: Driving Small Bodies into Star-Grazing Orbits by Planetary Perturbations
众所周知,小行星和彗星会坠入太阳。白矮星的金属污染和像$β$ -Pic这样的年轻恒星的瞬态光谱特征提供了越来越多的证据,表明额外的太阳微行星可以达到极端的轨道偏心率并落在它们的母恒星上。我们的目标是开发一个通用的,实际上可实施的,半解析理论的长期偏心激励的小机构的平均运动共振与偏心行星有效的偏心率的任意值,包括短程力由于广义相对论。我们的半解析模型的限制性平面三体问题不使用任何级数展开,因此是有效的偏心率和半长轴比的任何值。该模型是基于绝热原理的应用,这是有效的,当岁差的经度的近心点的平均运动共振周期比天平动周期长得多。这使得大于1阶的共振中的小偏心率消失。我们提供了一个Mathematica笔记本与模型的实现允许直接使用感兴趣的读者。我们证实了与中等偏心率行星的4:1平均运动共振是将微行星的偏心率从近圆轨道提升到掠星轨道的最有力的共振。然而,如果行星过于偏心,我们发现这种共振变得无法泵的小行星的偏心率非常高的值。包含了广义相对论效应的行星质量被施加了一个条件,以驱使小行星进入掠星轨道。对于一个在太阳质量恒星(或白矮星)周围的$\sim$ 1天文单位的微行星,我们发现一个阈值行星质量大约是17个地球质量。最后,我们推导出了这个临界质量的解析公式。
2017-05-05 astro-ph.EP
Collisional Elongation: Possible Origin of Extremely Elongated Shape of 1I/`Oumuamua
对最近发现的星际天体1 I/`Oumuamua的光变曲线观测表明,该天体具有极细长的形状,轴比为0.3或更小。小行星碰撞可以产生不规则的形状,包括细长的形状。在本文中,我们认为1 I/'Oumuamua极其细长的形状可能是这种撞击的结果。为了找到形成极细长物体的详细碰撞条件,我们使用具有自引力和粒子间摩擦的弹性动力学的光滑粒子流体动力学方法对星子碰撞进行了数值模拟。对半径为50 m的无强度靶微行星进行了不同质量比q、摩擦角φ d、撞击速度v imp和撞击角θ imp的撞击实验,发现q \geq 0.5,φ d \geq 40 °,v imp \leq 40 °,θ_imp \leq 30度产生中间轴与长轴长度之比小于0.3的残余物。这种碰撞条件表明,在星子碰撞阶段,母原行星盘是弱湍流的(内盘α < 10^{-4}),由小于~ 7 km的星子组成,以确保较小的碰撞速度。
2019-03-15 astro-ph.EP
Tidal Disruption of Planetesimals from an Eccentric Debris Disk Following a White Dwarf Natal Kick
本研究通过N体模拟表明,白矮星诞生踢可塑造偏心、近心点对齐的碎屑盘,并持续驱动星子进入潮汐瓦解轨道,从而解释白矮星金属污染。
2024-04-04 astro-ph.EP astro-ph.SR
A Pathway for Collisional Planetesimal Growth in the Ice-Dominant Regions of Protoplanetary Disks
本文通过半解析模型研究原行星盘中冰质颗粒的碰撞生长与碎裂条件,发现由0.1 μm单体组成的冰包裹聚集体可在广泛盘条件下避免碎裂并实现向星子尺度的有效生长。
2023-11-09 astro-ph.EP
A Population Synthesis Study on the Formation of Cold Jupiters from Truncated Planetesimal Disks
本研究采用截断初始星子分布的行星种群合成模型,发现冷木星更可能形成于雪线附近宽度10 au及以上且迁移受抑制的截断盘中,能较好再现其轨道周期出现率、内边界斜率及偏心率分布等观测特征。
2025-03-03 astro-ph.EP
The unexpected narrowness of eccentric debris rings: a sign of eccentricity during the protoplanetary disc phase
这篇论文表明,在北落师门和HD 202628恒星周围看到的偏心碎片环比标准偏心行星扰动情景(有时称为“近心辉光”)中预期的要窄。标准的假设是在半长轴$a$上有一个最初的圆形和狭窄的星子带,在气体盘被来自偏心行星的长期扰动分散后,其偏心率增加到$e_f$,导致宽度为$2ae_f$的带。在这个假设的一个小修改中,如果微行星最初是偏心的,可能会出现较窄的带,这可能是由于在富含气体的原行星盘阶段早期的行星扰动。然而,原始偏心率也可能是由增加圆盘偏心率的不稳定性引起的,而不需要任何行星。这些场景是否会在原行星盘中产生可检测到的偏心环尚不清楚,但他们仍然预测在原行星盘中的气体分散之前,应该存在狭窄的偏心星子环。PDS 70被认为是一个拥有不对称原行星盘的系统,它可能是偏心碎片环系统的前身。
2020-05-28 astro-ph.EP astro-ph.SR
Collisional heating of icy planetesimals. I. Catastrophic collisions
本文利用热物理代码 NIMBUS 研究冰质星子在灾难性碰撞中的热演化,通过分析超挥发性物质损失约束参与碰撞级联的最大天体直径,并据此限制原初盘寿命或群体规模。
2023-09-19 astro-ph.EP
Rapid Coagulation of Porous Dust Aggregates Outside the Snow Line: A Pathway to Successful Icy Planetesimal Formation
宏观尘埃粒子的快速轨道漂移是原行星盘中星子形成的主要障碍之一。我们重新审视这个问题,考虑孔隙度的尘埃聚集体的演变。我们应用最近的N体模拟聚集体碰撞的基础上的孔隙度模型,这使我们能够研究的孔隙度变化时,碰撞的影响范围很广的能量。作为第一步,我们忽略碰撞碎片,而是专注于尘埃的雪线外的演变,在那里的碎片已被建议是不太重要的雪线内,因为高粘附效率的冰粒。我们表明,即使考虑碰撞压缩,尘埃颗粒也可以演化成高度多孔的聚集体(内部密度远小于0.1 g/cm^3)。我们还表明,高孔隙率触发显着加速碰撞生长。这种加速度是粒子在低努森数下的空气动力学性质的自然结果,即,粒子半径大于气体分子的平均自由程。由于这种快速增长,高度多孔聚集体被发现克服径向漂移障碍,在轨道半径小于10 AU(假设最小质量的太阳星云模型)。这表明,如果碰撞碎裂真的微不足道,那么通过亚微米大小的冰粒子的直接碰撞生长,冰星子的形成是可能的。
2012-05-11 astro-ph.EP astro-ph.SR
Collisional mixing between inner and outer solar system planetesimals inferred from the Nedagolla iron meteorite
未分组的铁陨石Nedagolla是第一个具有大量Mo,Ru和Ni同位素组成的陨石,这些同位素组成介于非碳质(NC)和碳质(CC)陨石储层之间。Nedagolla的Hf-W年代学表明,这种混合的NC-CC同位素组成建立得相对较晚,在太阳系形成之后超过700万年。混合的NC-CC同位素组成与Nedagolla的化学组成一致,其在单一样品中结合了在更多氧化条件下(Mo和W的相对耗尽)的金属偏析特征(CC体的特征)和更多还原条件下(高Si和Cr含量)的金属偏析特征(某些NC体的特征)。这些数据结合起来表明,Nedagolla形成的NC和CC的核心材料,其中部分重新平衡与硅酸盐地幔材料,主要来自NC机构的碰撞混合的结果。这些混合过程可能发生在两个分化体之间的碰撞过程中,这也为Nedagolla的极端挥发性元素耗尽提供了可能的途径。因此,Nedagolla为NC和CC天体的早期碰撞混合提供了第一个同位素证据,预计这是木星增长的结果。
2021-09-09 astro-ph.EP physics.geo-ph
Forbidden planetesimals
本研究通过微重力实验测定尘埃卵石表面侵蚀所需切应力,发现最小质量太阳星云中不同偏心率的卵石堆积星子在1天文单位内难以存活,为原行星盘内星子的存活区域提供了实验依据。
2023-05-05 astro-ph.EP astro-ph.IM
Binary Formation in Planetesimal Disks II. Planetesimals with Mass Spectrum
在太阳系的外围区域发现了许多大质量的天体。尽管人们对类地行星的吸积过程进行了深入的研究,但它们是如何形成和演化的还没有很好的了解。其中一个谜团是存在着质量分量接近相等、轨道高度偏心的双星。这些双星与在小行星带地区观测到的卫星有很大的不同。与盘的内部区域相比,盘的外部区域的希尔半径与微行星的物理半径之比要大得多。希尔半径随着半长轴的增大而增大。因此,在外层区域的微行星可以形成接近和偏心的双星,而在内层区域的微行星则会简单地碰撞。在本文中,我们进行了$N$体模拟在不同的区域的磁盘和研究,如果双星形成在外部区域的磁盘。我们发现大的微行星倾向于形成双星。大的微行星中有相当一部分是双星的组成部分。成为双星的组成部分的微行星最终会通过三体相遇与第三个天体相撞。因此,双星的存在可以提高海王星外天体(TNO)区域的微行星的生长速率。
2014-09-16 astro-ph.EP
Chondrule Formation by the Jovian Sweeping Secular Resonance
球粒是在陨石中发现的硅酸盐球状体,是早期太阳系的重要化石记录。为了形成球粒,球粒前体必须被加热到比目前小行星带的典型条件高得多的温度。一种被提出的球粒加热机制是早期太阳系中原行星盘中高偏心微行星通过弓形激波。然而,星子很难获得并保持如此高的离心率。在本文中,我们提出了一个新的情况下,在小行星带地区的星子被激发到高偏心率的木星扫描长期共振在一个耗尽盘,导致有效地形成球粒。我们用半解析模型和数值模拟研究了盘中微行星的轨道演化。我们研究了偏心率激发对星子大小和物理环境的依赖性,并计算了球粒形成的几率。我们发现50 - 2000 km的微行星可以获得大于0.6的离心率,并引起有效的球粒加热。大多数陨石球粒形成于高速冲击、低密度气体和内部盘中。在1.5 - 3AU之间,球粒前体变成球粒的比例约为4 - 9%.我们的模型意味着,磁盘耗尽的时间尺度是$τ_\mathrm{dep}\approx 1~\mathrm{Myr}$,相当于陨石球粒的年龄蔓延;和木星形成陨石球粒之前,不超过0.7万年后形成的CAIs。
2019-08-26 astro-ph.EP
Neptune on tiptoes: dynamical histories that preserve the cold classical Kuiper belt
柯伊伯带目前的动力学结构是由巨行星,特别是海王星,在行星形成之后的轨道演化所形成的,当时巨行星可能经历了行星-行星散射和/或微行星驱动的迁移。这个过程的数值模拟,虽然再现了许多属性的带,未能产生高倾角和偏心率观察到的一些对象,同时保持观察到的动态“冷”人口。我们提出的第一个三部分的参数研究如何不同的动力学历史的海王星造型的星子盘。在这里,我们确定哪些动力学历史允许原位小行星盘保持动态冷,成为今天的冷柯伊伯带种群。我们发现,如果海王星经历了一个时期的偏心率和/或倾斜度升高,它secularly激发的偏心率和倾斜的星子盘。我们证明,有几个定义明确的制度,这种长期的激励,这取决于海王星的迁移,阻尼海王星的轨道倾角和/或偏心率的相对时间尺度,和长期的星子的演变。我们模拟这种长期的激励分析在每个政权,允许参数空间的一个彻底的探索。海王星的离心率和倾角可以在有限的时间内保持在较高的水平,而不会破坏冷经典带。在缓慢衰减和缓慢迁移的区域,如果海王星位于20天文单位,那么它的偏心率必须保持在0.18以下,倾角必须保持在6°以下。
2012-02-27 astro-ph.EP
Conglomeration of kilometre-sized planetesimals
我们研究的效率,形成大型机构,从海洋的等大小的星子。这可能是行星形成的早期步骤之一,与小行星带、柯伊伯带和太阳外碎片盘的形成有关。在这里,我们考虑的情况下,种子星子碰撞不够频繁的动力学碰撞是重要的(碰撞限制),使用新构建的凝聚代码,并仔细比较数值结果与分析缩放。在没有碰撞冷却的情况下,随着大天体通过吸积小天体而生长,小天体的速度色散($u$)越来越受激发。增长从众所周知的失控阶段(当$u$高于大天体的丘速度时)过渡到新发现的跨丘阶段(当$u$和大天体都增长,但$u$保持在大天体的丘速度时)。我们发现,与Lithwick(2014)的分析理解以及以前的数值研究一致,尺寸谱$dn/dR \propto R^{-4}$结果,以及形成效率,定义为远大于初始尺寸的物体的质量分数,是$\sim {\mathrm{ a \,\, few}}\times R_\odot/a$,或者在柯伊伯带的距离上是$\sim 10^{-3}$。我们认为,这种极端的低效率使我们的柯伊伯带和太阳外碎片盘形成的传统聚集模型无效。新的理论,可能涉及直接的引力坍缩,或强大的碰撞冷却的小行星,是必要的。
2015-01-13 astro-ph.EP
Debris Disc Constraints on Planetesimal Formation
在过去的几十年里,人们提出了两条形成星子的基本路线。一种是经典的“缓慢增长”情景。另一种是粒子集中模型,在这种模型中,小卵石在局部集中,然后在引力作用下坍缩形成微行星。这两种模型都对新生星子的大小谱和内部结构做出了一定的预测。我们使用这些预测作为输入来模拟气体扩散后留下的碎片盘的碰撞演化。碎片光盘排放作为一个系统的年龄在这些模拟计算的功能进行了比较与几个斯皮策和赫歇尔碎片光盘调查A型恒星周围。我们确认,大多数圆盘的观测亮度演变都可以通过经典模型重现。此外,我们发现,这是同样一致的颗粒浓度模型预测的星子的大小分布-提供的对象是松散的约束“卵石堆”,因为这些模型也预测。不管假设的星子形成机制如何,解释样本中最亮的碎片盘揭示了一个“盘质量问题”。“为了通过碰撞模拟再现这样的圆盘,需要高达1000地球质量的星子的总质量,这超过了碎片圆盘的原行星祖先中可用的固体总质量。这可能表明,在一些明亮的圆盘中,搅拌被延迟,其中一些最近发生了巨大的撞击,一些系统可能比以前认为的更年轻,或者非碰撞过程对尘埃的产生有很大的贡献。
2017-12-18 astro-ph.EP
Growing the seeds of pebble accretion through planetesimal accretion
我们探讨了行星胚胎的增长,通过星子吸积和超越的点,卵石吸积成为有效的所谓的希尔过渡质量。由流动不稳定性形成的星子的过渡质量和特征质量都随着与恒星距离的增加而增加。我们开发了一个模型的生长的一个大的星子(胚胎)嵌入人口的较小的星子形成在一个长丝的流动不稳定性。该模型以自洽的方式包括胚胎的碰撞质量增长,星子的破碎,所有参与机构的速度演化,以及丝状体的粘性扩散。我们发现,胚胎吸积所有可用的材料在灯丝的原行星盘的寿命期间,只有在内部地区的磁盘。相比之下,我们发现在5- 10 AU以外的光盘外部几乎没有生长。总的来说,我们的研究结果表明,在巨行星形成的原行星盘区域,星子的碰撞生长有很长的时间尺度。因此,为了在寒冷的轨道上形成巨行星,卵石吸积必须直接作用于星子初始质量函数中最大的天体,而很少或根本没有相互碰撞的帮助。
2022-08-03 astro-ph.EP
Collisional Disruption of Planetesimals in the Gravity Regime with iSALE Code: Comparison with SPH code for Purely Hydrodynamic Bodies
在大多数以前的研究与碰撞中断的星子在重力制度,光滑粒子流体动力学(SPH)模拟已被使用。另一方面,使用网格为基础的流体动力学代码的影响模拟没有得到充分执行。在本研究中,我们使用冲击物理代码iSALE,这是一个基于网格的欧拉流体动力学代码在重力制度执行的影响模拟。我们研究了从破坏性碰撞到侵蚀性碰撞的宽范围的比撞击能(Q_R)下临界比撞击能Q_RD* 对撞击条件的依赖性,并将我们的结果与以前的研究进行了比较。我们发现碰撞的结果iSALE模拟吻合得很好,与SPH模拟。具体分析主要得出三个结论。(1)Q_RD* 的值取决于数值分辨率,并且随着数值分辨率的增加而接近收敛。iSALE代码和SPH代码之间的Q_RD* 的收敛值的差异在30%以内。(2)由总质量归一化的喷射质量(M_ej/M_tot)通常取决于各种冲击条件。然而,当Q_R由针对每次撞击模拟计算的Q_RD* 归一化时,M_ej/M_tot可以由Q_R/Q_RD* 缩放,并且与数值分辨率、撞击速度和目标尺寸无关。(3)Q_R/Q_RD* 的相似律在较宽的冲击比能范围内得到了证实。基于相似律和弹坑标度律,我们还导出了Q_RD* 的半解析公式。我们发现,半解析公式的情况下,与一个非多孔物体是一致的数值结果。
2018-05-30 astro-ph.EP
The outcome of protoplanetary dust growth: pebbles, boulders, or planetesimals? I. Mapping the zoo of laboratory collision experiments
从原行星尘埃到微行星的生长过程尚未完全了解。实验室实验和理论模型表明,尘埃聚集体之间的碰撞可能导致粘附,反弹和破碎。然而,迄今为止,还没有对原行星尘埃的碰撞结果进行系统的研究,因此,原行星盘中尘埃演化的物理模型仍然缺失。我们打算映射任意多孔尘埃聚集体的碰撞相互作用的参数空间。这个参数空间包括尘埃聚集体的质量,它们的孔隙度和碰撞速度。有了这样一个完整的映射的碰撞结果的原行星尘埃聚集体,它将有可能遵循的碰撞演化的尘埃在原行星盘的环境。我们使用文献数据,进行自己的实验室实验,并应用简单的物理模型,得到一个完整的图片的碰撞相互作用的原行星尘埃聚集体。在我们的研究中,我们发现了四种不同类型的粘附,两种类型的反弹和三种类型的碎片作为原行星尘埃聚集体之间碰撞的可能结果。我们区分八种孔隙度和质量比的组合。对于每一种情况,我们都给出了一个完整的碰撞模型,其尘埃-聚集体质量在10^-12 ~ 10^2 g之间,碰撞速度在10^-4 ~ 10^4 cm/s之间,且孔隙率为任意值。该模型包括碰撞结果、所产生的聚集体的质量及其孔隙度。我们提出了第一个完整的原行星尘埃碰撞模型。该碰撞模型可用于确定原行星盘中尘埃的生长速率。
2009-11-16 astro-ph.EP astro-ph.SR
MAMA: An Algebraic Map for the Secular Dynamics of Planetesimals in Tight Binary Systems
提出了一个代数映射(MAMA),描述了紧双星系统(TBS)中围绕主星运行的微行星群的动力学和碰撞演化。每个微行星的轨道演化是由次级恒星的长期扰动和气体阻力,由于与原行星盘的相互作用。假设气盘是偏心的,进动速率恒定。微行星之间的引力相互作用被忽略。假设所有实体共面。与完整N体模拟的比较表明,该映射速度快了100倍,同时保留了完整系统的所有主要特征。在工作的第二部分,我们将MAMA应用于γ-Cephei,寻找可能解释该系统中检测到的巨行星形成的友好场景。对于低质量的原行星盘,我们发现,一个低偏心率的静态磁盘对准的二进制产生的星子之间的碰撞速度低于破坏阈值。所有其他的情况似乎都不利于行星的形成。
2013-10-01 astro-ph.EP
Rapid Formation of Gas-giant Planets via Collisional Coagulation from Dust Grains to Planetary Cores. II. Dependence on Pebble Bulk Density and Disk Temperature
本研究利用DTPSs探讨非多孔卵石体如何形成气态巨行星核,发现非多孔天体同样能在几十万年内通过碰撞凝聚形成小行星并促成核形成,且其形成区域比多孔卵石体更宽。
2023-07-28 astro-ph.EP
SMACK: A New Algorithm for Modeling Collisions and Dynamics of Planetesimals in Debris Disks
我们提出了一种新的方法,同时模拟,在3-D,碰撞和动力学演化的星子在一个碎片盘与行星的柯伊伯带和碎片盘(SMACK)的碰撞的超粒子模型/算法。SMACK可以模拟方位角不对称性以及这些不对称性如何随时间演变。我们表明,SMACK在10^7年以上对数值粘性和数值加热是稳定的,并且它可以再现盘演化的解析模型。我们使用SMACK模型的碎片环包含一个行星的偏心轨道上的演变。随着环的演化,微分进动产生了一个螺旋结构,但随后的碰撞打破了螺旋,留下了一个更窄的偏心环。
2013-09-09 astro-ph.EP
Planet-planet scattering in planetesimal disks
我们研究的最终架构的行星系的行星-行星和星子散射的综合影响下演变。使用N-体模拟,我们调查的动态边缘不稳定系统的气体和冰巨人都在隔离和行星形成内部的微行星带。不稳定的孤立系在行星-行星散射下演化,产生一个与太阳系外行星相匹配的偏心率分布。当包括星子时,结果取决于行星的总质量。对于超过一个木星质量的系统,最终的偏心率分布仍然很宽,而对于较低质量的行星系,发散的轨道演化和分散的行星的再圆化相结合的结果,在一个接近圆形的最终轨道的优势。我们还研究了在微行星盘存在的情况下,边缘稳定的多行星系统的命运,并发现对于高行星质量,大多数这样的系统会演变成共振。一个重要的部分导致共振链是木星的伽利略卫星的行星类似物。我们预测,一旦太阳系外行星巡天探测到轨道半径为5-10 AU的亚木星质量行星,将观察到从偏心到近圆形轨道的过渡。
2009-05-22 astro-ph.EP astro-ph.SR
Planet-planet scattering in planetesimal disks II: Predictions for outer extrasolar planetary systems
我们开发了一个理想化的动力学模型来预测外太阳系行星系的典型属性,在半径超过5 AU。我们的假设是,在外部行星系的动力学演化是由行星-行星散射和行星与小天体(“星子”)的外部磁盘的相互作用的组合控制。使用5,000个长时间的N体模拟,我们跟踪了被50个地球质量的原始星子盘包围的三颗行星的演化。对于大的行星质量(以上的土星)的磁盘的影响是温和的,我们恢复观测到的偏心率分布的太阳系外行星(主要是在较小的半径观察)。我们解释了所观察到的质量依赖的偏心率调用强相关性在同一系统中的行星质量。对于较低质量的行星,我们观察到不同的动力学行为:强烈的散射事件,突然跳跃的偏心率由于共振交叉,并重新圆分散的低质量行星在磁盘。我们提出了最终的偏心率和倾角的分布,并讨论了它们如何随行星质量和初始系统结构而变化。我们预测的过渡到较低的偏心率为低质量的行星在半径的磁盘影响的动态。能够探测K~5 m/s和周期超过10年的行星的径向速度测量将限制这一制度。我们还研究了共振和非共振多行星系统的人口。我们表明,在系统中,避免近距离接触的行星,星子盘作为一个阻尼机制,经常人口的平均运动共振。共振链应该是外行星系中大质量行星的常见现象。
2010-01-20 astro-ph.EP astro-ph.SR
Application of Gas Dynamical Friction for Planetesimals: II. Evolution of Binary Planetesimals
行星形成的最初阶段之一是小的星子的生长和它们积累成大的星子和行星胚胎。这个早期阶段发生在大部分气体从原行星盘扩散之前。在这一阶段,气体-星子相互作用在\emph{single}中等质量星子($m_{p}\sim10^{21}-10^{25}g$)\emph{through gas dynamical friction}(GDF)的动力学演化中起着关键作用。太阳系的小行星(小行星和柯伊伯带天体)中有很大一部分是双星。在这里,我们探索的影响GDF的演化\emph{binary}星子嵌入在气体盘使用N体代码与基准外力占GDF。我们发现,GDF可以诱导二进制合并的时间尺度短于磁盘寿命以上的质量$m_{p}\gtrsim10^{22}g$在1 AU,独立的二进制初始分离和偏心率。这种合并可以影响合并形成的微行星的结构,GDF诱导的双星内旋可以在微行星盘的演化中发挥作用。此外,在围绕恒星的偏心轨道上的双星可能会在超音速状态下演化,在那里扭矩逆转,双星膨胀,这将增加与双星相遇的横截面。具有小质量比的高倾斜双星由于Kozai-Lidov循环与GDF的联合作用而演化,导致混沌演化。顺行双星经历半规则的Kozai-Lidov演化,而逆行双星经常翻转它们的倾角,其中$\sim50\%$被破坏。
2016-02-07 astro-ph.EP
Probability of Collisional Capture of Irregular Satellites Around the Gas Giant Planets and Mass Constraints for the Solar Nebula
我们调查的可能性,非弹性碰撞的星子内的类木行星的希尔球可以解释的存在和轨道观察到的不规则卫星。通过这种机制捕获这些卫星不仅高度依赖于原行星盘的质量,而且还依赖于星子尺寸分布的形状。我们对积分时间间隔$\sim 2$ Myr进行了2000次模拟,发现给定当前公认的基于$\sim 2$尺寸分布$dN \sim D^{-1.8} dD$的最小质量太阳星云和星子数密度值,不同类木行星的碰撞率介于$\sim 60$和$\gtrsim 10^3 \, \Myr^{-1}$之间。此外,我们还发现,这些碰撞消除了足够的轨道能量以产生一个束缚轨道的概率是$\lesssim 10^{-5}$,并且对微行星的相对大小几乎没有依赖性。在这些碰撞中,对于半径为$\sim 100$ km的质量,两个质量之间的碰撞能量是$\gtrsim 10^3$乘以引力结合能。此外,碰撞耗散了足够的能量的组合是$\lesssim 10^{-6}$,碰撞能量与引力结合能的比率足够大,足以使碰撞的微行星分裂或完全消失,对于由于微行星碰撞而被捕获的不规则卫星来说,只有一小部分碰撞物质仍与行星结合在一起,很可能是由半径为$\sim 100$ km的大质量物体与半径为$\lesssim 20$ km的较小质量物体碰撞产生的。
2012-08-30 astro-ph.EP
Impact splash chondrule formation during planetesimal recycling
球粒陨石是南极陨石的主要硅酸盐成分,起源于太阳诞生后的第一个百万年期间的高能量局部过程。到目前为止,一个天体物理学上一致的球粒形成情景,解释主要的化学,同位素和纹理特征,仍然难以捉摸。在这里,我们研究的前景,形成陨石球粒从星子碰撞。我们表明,强烈熔融的机构与内部岩浆海洋迅速成为化学平衡和物理分化。因此,这些天体之间的碰撞相互作用会导致类似球粒但玄武质的小球,这在陨石记录中没有观察到。这种与预期的动力学相互作用的不一致暗示了对原行星盘阶段行星生长机制的不完全理解。为了解决这个难题,我们研究如何观察到的化学和同位素特征的球粒约束的动力学环境的球粒陨石母体的吸积解释陨石记录作为一个影响产生的代理的星子经历了反复的碰撞和再吸积周期。使用一个耦合的演化碰撞模型,我们证明了绝大多数的碰撞碎片喂养的小行星主带必须来自微行星的部分熔融在最大。因此,球粒陨石母体的前体要么主要形成小的,从次典型的铝-26水库,或碰撞破坏机制是足够有效的粉碎星子之前,他们达到了岩浆海洋阶段。最后,我们概述了在参数空间中的窗口,球粒形成的小行星碰撞可以调和与陨石记录,以及如何我们的研究结果可以用来进一步约束早期太阳系动力学。
2017-11-06 astro-ph.EP physics.geo-ph
Application of gas dynamical friction for planetesimals: I. Evolution of single planetesimals
小的星子成长为大的行星胚胎发生在气体从原行星盘扩散之前很久。微行星-气体-盘的相互作用引起微行星/行星的迁移和轨道演化。小微行星主要是由空气动力学气体阻力。大型原行星$m\sim0.1M_{\oplus}$主要由I型迁移\emph{differential}扭矩控制。还有一个额外的质量范围,\emph{intermediate mass}微行星(IMP)的$m\sim10^{21}-10^{25}g$,在这个范围内,引力与盘的相互作用超过了气动气体阻力,但这种相互作用通常被忽略。在这里,我们使用\emph{gas dynamical friction}(GDF)的方法,以前用于研究在行星质量范围内的磁盘行星的相互作用,这些相互作用的模型。我们发现的临界尺寸GDF占主导地位的气体阻力,然后研究的影响,GDF上的单个IMP。我们发现,小倾角的星子迅速成为共面。偏心轨道在几百万年内形成圆形,前提是星子质量大($m\gtrsim10^{23}g$),初始偏心率低($e\lesssim0.1$)。质量更大的星子$m\sim10^{24}-10^{25}g$在几百万年的时间尺度上螺旋上升,导致\emph{an embryonic migration}进入内部圆盘。这可能导致内部原行星盘($<1$ AU)中岩石物质(以IMP的形式)过多,并导致行星快速生长。这可以解释超级地球行星的起源。此外,G…
2015-08-17 astro-ph.EP
The primordial collisional history of Vesta: crater saturation, surface evolution and survival of the basaltic crust
这项工作探讨了木星早期轰击(JEB)的原始灶神星的演变,特别是在陨石坑饱和度,地壳挖掘和表面侵蚀方面的影响。这两种情况下,假设星子已经形成在一个静止的或动荡的星云进行了探讨,原始和碰撞演化的大小频率分布被认为是。获得的结果表明,如果灶神星的玄武岩表面已经形成,JEB将使其充满陨石坑,并可能将其侵蚀到数百米至数十公里的深度。在后一种情况下,由JEB引起的表面侵蚀将与灶神星的英质和闪长质层的厚度相当。然而,在全球表面侵蚀有限的情况下,大型撞击物如果太多,可以挖掘整个地壳并从vestan地幔中提取大量物质,这与目前对HED陨石的理解不一致。这似乎是这样的情况下,碰撞星子形成在一个动荡的星云和木星迁移了0.5 AU或更多。在全球范围内,所获得的结果表明,在一个静止的星云和木星经历了适度的迁移(即0.5 AU)的星子形成的情况下,是最符合我们对灶神星的理解,即使星子的情况下形成的湍流星云与木星经历有限的(即约0.25 AU)或没有迁移不能排除。然而,最近关于小行星分化的结果提出了灶神星最初拥有现在丢失的未分化地壳的可能性。在这种情况下,最受欢迎的情况是星子在静止星云中形成,木星经历了更大的迁移(即0.5 AU和1 AU之间)。
2013-09-05 astro-ph.EP
Accretion in Protoplanetary Disks by Collisional Fusion
太阳系的形成被认为是围绕原恒星的多阶段过程。惠普尔首先注意到,微行星的成长受到气体阻力的强烈影响;在米尺度上,这样的天体会迅速螺旋进入中央恒星,而更小或更大的粒子则不会。因此,成功的行星吸积需要快速的小行星增长到公里级。一种普遍接受的观点是,对于高于某一阈值碰撞速度的碰撞速度$V_c$,${V_{th}} \sim$ 0.1-10 cm s $^{-1}$,颗粒团聚是不可能的;弹性回弹克服了表面吸引力和分子间力。然而,如果假设所有的碰撞都是完美的粘附,那么这个瓶颈可以通过快速的星子生长来克服。虽然以前的工作已经明确地处理了碰撞压力的影响和粒子断裂或渗透的可能性,物质的相行为的基本作用-相图,无定形物和多晶型物-被忽略了。在这里,它表明,新的方面的表面相变提供了一个物理基础,有效地坚持通过碰撞熔化或双晶/多晶化和融合,以延长初级吸积的碰撞速度范围为$ΔV_c \sim$ 1-100 m s $^{-1}$,这约束湍流RMS速度和巨石大小和小晶粒之间的速度差$\sim$ 1-50 m s $^{-1}$。因此,当吸入的米大小的物体在这种高速碰撞融合状态下与较小的粒子碰撞时,它们迅速增长到千米级,因此在光蒸发风清除源物质盘之前的$^5$ $\sim$ 10年内进入稳定的开普勒轨道。
2010-06-13 astro-ph.EP cond-mat.other
On collisional capture rates of irregular satellites around the gas-giant planets and the minimum mass of the solar nebula
我们调查的可能性,非弹性碰撞的星子内的类木行星的希尔球可以解释的存在和轨道观察到的不规则卫星。通过这种机制捕获卫星不仅高度依赖于原行星盘的质量,而且还依赖于星子尺寸分布的形状。我们进行了2000次模拟的综合时间间隔$\sim 2$ Myr,并发现,鉴于目前接受的最小质量的太阳星云和星子数密度的值的基础上\citet{Nesvorny2003}和\citet{Charnoz2003}大小分布$dN \sim D^{-3.5} dD$,不同的木星行星的碰撞率范围之间的$\sim 0.6$和$\gtrsim 170 \, \Myr^{-1}$的对象的半径,$1 \, \km \le r \le 10 \, \km$。此外,我们发现,这些碰撞消除足够的轨道能量,以产生一个束缚轨道的概率是$\lesssim 10^{-5}$,并有很小的依赖于微行星的相对大小。在这些碰撞中,两个物体之间的碰撞能量是$\gtrsim 10^3$乘以半径为$\sim 100$ km的物体的引力结合能。我们发现,通过碰撞捕获不规则的卫星之间的未绑定的对象只能占$\sim 0.1%$的观察人口,因此这不能是唯一的方法产生不规则的卫星。
2011-05-25 astro-ph.EP