由鹅卵石吸积形成的原行星的自旋：原行星诱导的气流的影响
摘要：原行星受到气体流动的影响，我们研究了原型行星在鹏石堆积过程中的自旋状态，以及它如何取决于行星质量、逆风速度、与恒星的距离和鹏石尺寸。我们在局部框架中进行非等温三维流体动力学模拟，以获得行星周围的气体流动。然后，在获得的气体流动下，我们数值积分了鹏石的三维轨道。最后，假设鹏石的空间分布均匀，我们通过求和单个鹏石在撞击时传递给原型行星的比角动量来计算净自旋。我们发现，不论行星质量、鹏石尺寸和气体逆风速度如何，带有包层的原型行星都会获得顺行的净自旋旋转。这是因为吸积的鹏石被通常具有顺行旋转的包层拖动。随着行星质量或轨道半径的增加，包层变厚，顺行旋转速度更快，结果是更快的顺行净自旋。当行星的无量纲热质量$m = R_{Bondi}/ H$（其中$R_{Bondi}$和$H$分别是Bondi半径和盘状气体的尺度高度）大于一定的临界质量（$m\gtrsim0.3$ 在$0.1$ au或$m\gtrsim0.1$ 在$1$ au），自旋旋转超过了破裂速度。预测的自旋频率在行星质量$m_{iso,rot}\sim0.1(a/1 \text{ au})^{-1/2}$（其中$a$是轨道半径）处达到破裂速度，这表明原型行星无法超过此质量。这与地球的当前质量一致，并有助于通过对快速旋转的原始地球进行巨大碰撞来形成月球。
作者：Kohsuke Takaoka, Ayumu Kuwahara, Shigeru Ida, Hiroyuki Kurokawa
论文ID：2303.15098
分类：Earth and Planetary Astrophysics
分类简称：astro-ph.EP
提交时间：2023-06-22