行星形成理论中的寡头生长阶段
行星形成理论中的寡头生长阶段,是介于星子吸积和行星胚胎最终形成之间的关键时期。在这个阶段,少数较大的星子通过引力主导的吸积过程,迅速增长质量,从而在局部区域内形成“寡头”地位。
在寡头生长阶段开始时,原行星盘中已经通过星子吸积形成了一定数量的小天体。这些星子的大小从千米到数十千米不等,它们通过碰撞和引力相互作用开始增长。与之前的星子吸积不同,寡头生长的特点是少数较大的星子开始主导吸积过程。
随着星子质量的增加,引力开始发挥重要作用。较大的星子能够通过引力吸引周围较小的星子和尘埃颗粒,这种引力聚焦效应显著增加了它们的碰撞截面。这意味着即使物理尺寸不大,这些“寡头”星子也能有效捕获经过它们附近的物质。
在寡头生长过程中,会出现动力学加热现象。较大的星子通过引力相互作用使得周围较小天体的轨道偏心率增加,形成所谓的“热星子盘”。这种加热效应限制了较小星子的生长速度,因为高偏心率轨道减少了它们之间的碰撞概率,从而进一步巩固了寡头星子的主导地位。
寡头生长的一个重要特征是形成局部的孤立体。每个寡头星子在其希尔球范围内建立了一个引力主导区域,这个区域的半径由星子的质量和距离中央恒星的距离决定。在这个区域内,该星子能够有效清除或吸积物质,形成相对独立的生长环境。
寡头生长的速率受到多种因素影响。原行星盘的表面密度决定了可用物质的多少,而星子的初始质量分布影响了竞争关系。此外,气体盘的阻尼作用也会影响星子的轨道演化,进而影响生长效率。
随着寡头生长的进行,会出现所谓的寡头生长停滞现象。当寡头星子清除了其希尔球范围内的大部分可用物质后,生长速度会显著减慢。这是因为需要等待更长的时间尺度,通过轨道迁移或动力学弛豫过程,才能获得新的吸积物质。
寡头生长阶段的最终产物是行星胚胎,这些是质量接近月球或火星大小的天体。在内太阳系,这些胚胎最终通过相互碰撞形成类地行星;在外太阳系,它们可能成为气态巨行星的固态核心。
寡头生长阶段的时间尺度相对较短,通常只在原行星盘存在的早期几百万年内活跃进行。这个阶段的效率直接影响了后续行星形成的速度和最终行星系统的架构。