原行星盘是婴儿行星的摇篮,包含着大量行星形成的原材料——(亚)毫米大小的固体颗粒,即卵石。然而,行星如何、何处以及在何时开始在圆盘中形成是一个悬而未决的问题。近十年来,天文学家通过智利的阿塔卡马大毫米/亚毫米阵列解析了大量呈环状结构的原行星盘。卵石并非平滑地分布在圆盘上,而是倾向于集中在一个或多个环形结构中。
基于对星子形成、卵石吸积的最新见解,我们在N体模拟中计算了这些环产生行星的可能性。 我们的结果证明,这些环中的行星生长的条件非常理想,为远距离行星的形成提供了机会。一颗在环中形成的婴儿行星可以迅速地通过吸积母环中的卵石生长。根据环附近行星迁移的性质,可能会出现两种截然不同的结果:如果婴儿行星一直困在(或靠近)环中,它会长得过胖并摧毁环;另一方面,如果这颗行星可以向内迁移,它就会为其中一个较小的兄弟姐妹留下成长空间。 作为结果,一条行星链可以在圆盘内形成。 如下图的时空图中所描绘的情况,其中用黑线描绘的多个行星随着时间演化,成长、并离开了环。
我们的结果为行星与原行星盘中环结构之间的关系提供了新的见解。人们普遍认为,这些环是原行星盘内的行星雕刻盘的结果——也就是说,行星必须先在那里。然而,在我们之前的工作中,我们对这些尘埃子结构的起源提出了另一种解释。在没有行星的情况下,仅依赖尘埃与气体的空气动力学,致密、成团状的卵石在圆盘内“塞车”而堆积也可形成环。换句话说,环可能是由非行星起源引起的原行星盘的固有属性。
我们的工作表明,多个行星可以从这些环中及时形成,而不必破坏环。 按照这种观点,环状圆盘是一些在被观测到包含大质量长周期行星的系统的摇篮。先有卵石环还是先有行星,先有鸡还是先有蛋,好戏才刚刚开始!
通过阿塔卡马大型毫米波/亚毫米波阵列观察到的金牛座HL周围的原行星盘
图中实线追踪了原行星的生长轨迹,横坐标为距主星的距离,纵坐标为时间。 线条的颜色对应于原行星的轨道倾角。 线宽与行星的质量成线性关系。 青色背景描绘了没有长大的星子的背景密度。 两条灰色垂线标记了卵石环的位置和宽度。 行星在环内形成,并一颗一颗向内迁移。
Efficient planet formation by pebble accretion in ALMA rings
Jiang, Haochang; Ormel, Chris
https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2022MNRAS.tmp.3135J/abstract
Survival of ALMA Rings in the Absence of Pressure Maxima
Jiang, Haochang; Ormel, Chris
https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2021MNRAS.505.1162J/abstract