尘埃颗粒如何长成新行星

通过在高密度区域聚集，尘埃颗粒避免了向它们所绕行的恒星漂移。

由RIKEN天体物理学家和两位合作者开发的原行星盘的新理论模型可能已经发现了新行星形成的关键步骤，该模型解释了盘中的尘埃如何克服向恒星漂移的趋势。

行星诞生于围绕年轻恒星的尘埃和气体漩涡盘，但目前尚不清楚尘埃颗粒如何在向内螺旋朝恒星旋转之前成长为更大的物体。

在经典的行星形成理论中，微小的尘埃颗粒碰撞并粘在一起形成厘米大小的颗粒。这些颗粒逐渐形成公里大小的微行星，这是产生新行星的第一个重要步骤。

但是尘埃颗粒感觉到原行星盘中气体的阻力。这会减慢尘埃颗粒的速度，使它们朝恒星坠落。它们落下的速度随着尘埃颗粒变大而增加。

以前的研究表明，这种效应应该可以防止颗粒形成大于一米的物体，这对天文学家来说是一个主要难题。"已经提出了各种机制来解释微行星的形成，但它们仍在争论中，"RIKEN恒星和行星形成实验室的Ryosuke Tominaga指出。

Tominaga和两位同事现在提出了一个模型，提出了这个问题的可能解决方案——原行星盘中尘埃分布的微小变化被迅速放大到高尘埃密度和低尘埃密度的区域。

在密度略高的区域，尘埃凝固效率更高，形成更大的团块，更快地向恒星漂移。当这些团块遇到较小的尘埃颗粒时，它们会形成更高粉尘密度的区域，从而加速颗粒的生长。同时，由大团块排出的区域最终密度相对较低。

研究小组发现，这种正反馈在原行星盘中产生了多个高低尘埃密度波段。这些波段可以在10，000年左右的时间内出现，对于这种天文过程来说，这是一个非常短的时间。这些高密度区域是进一步聚集的理想地点，允许微行星在尘埃颗粒被拉入恒星之前形成。

"与以前的理论不同，这种凝固机制即使在原行星盘中存在的气体远远超过尘埃时也有效，"Tominaga说。

该团队现在正在研究更详细的模型，包括圆盘本身的形成和演化，以及微行星的最终形成。

Ryosuke T. Tominaga, Shu-ichiro Inutsuka and Hiroshi Kobayashi. Coagulation Instability in Protoplanetary Disks: A Novel Mechanism Connecting Collisional Growth and Hydrodynamical Clumping of Dust Particles. 8 December 2021, The Astrophysical Journal. DOI: 10.3847/1538-4357/ac173a

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