新原行星盘理论模型揭示尘粒如何发展为新行星的种子

日本理化学研究所(RIKEN)的一名天体物理学家和两名合作者开发的一个新原行星盘理论模型可能已经揭示了新行星形成的一个关键步骤，该模型解释了行星盘中的尘埃如何克服向恒星漂移的趋势。

行星是在围绕一颗年轻恒星的尘埃和气体的旋转盘的过程中诞生的，但目前还不清楚尘埃颗粒如何在向恒星内旋之前成长为较大的天体。

在行星形成的经典理论中则是，微小的尘埃粒子碰撞并粘在一起进而形成厘米大小的颗粒。这些颗粒逐渐积累起来，形成千米大小的行星，这是产生新行星的第一个重要步骤。

但尘埃粒子感到来自原行星盘中的气体的阻力。这使得尘埃粒子的速度减慢，因此它们会向恒星坠落。它们下落的速度则是随着尘粒的增大而增加。

以往的研究表明，这种效应应该会阻止尘粒形成大于一米的物体，这给天文学家带来了一个重大难题。RIKEN星体和行星形成实验室的Ryosuke Tominaga指出：“已经提出了各种机制来解释小行星的形成，但它们仍在辩论之中。”

Tominaga和两位同事现在提出了一个模型，该模型提出了一个可能的解决方案--原行星盘中尘埃分布的微小变化被迅速放大到高和低尘埃密度的区域。

在密度稍高的区域，尘埃会更有效地凝结并形成更大的团块，进而更快地飘向恒星。当这些团块遇到较小的尘埃颗粒时，它们形成了尘埃密度更高的区域并加速了颗粒的生长。与此同时，由大团块腾出的区域最终具有相对较低的密度。

研究小组发现，这种正反馈在原行星盘中形成了多个高和低的尘埃密度带。这些带子可以在一万年左右的时间内出现，这对于这样的天文过程来说是非常短的时间。这些高密度区域是进一步聚集的理想场所，并允许在尘埃颗粒被拉入恒星之前形成行星碎片。

Tominaga指出：“跟以前的理论不同，即使原行星盘中的气体远远多于尘埃，这种凝结机制也能发挥作用。”

该团队现在正在研究更详细的模型，其中包括行星盘本身的形成和演变以及行星的最终形成。

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