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例如,最内侧的胚胎(质量约0005倍木星)会“清扫”
内层子环的物质,形成一条宽约1000万公里的缝隙;中间的胚胎(0008倍木星)则维持着中间的缝隙;最外侧的胚胎(001倍木星)负责塑造外侧的子环结构。
3胚胎的“瓶颈”
:如何突破“千米级陷阱”
?行星形成中有一个着名的“千米级陷阱”
(kiloter-scalebarrier):当砾石天体长到千米级时,它们的引力不足以捕获更远的物质,也无法通过碰撞快速增长。
要突破这个瓶颈,需要流体积聚(streagstability)——一种由气体阻力驱动的快速聚集机制。
在j1407b的环系中,气体(主要是氢与氦)仍然存在(因为恒星j1407还很年轻,星盘的气体尚未完全消散)。
当砾石天体在气体中运动时,会受到拖曳力(dragforce),速度降低并聚集在一起。
这种机制能让砾石天体在10万年内快速增长到1000公里级——足以成为真正的“卫星胚胎”
。
2021年,英国剑桥大学的玛雅·佩雷斯(ayaperez)团队用磁流体力学模拟(hdsiution)验证了这一点:当环系中的气体密度足够高时,流体积聚会将砾石天体的质量提升100倍,直接跳过“千米级陷阱”
。
这意味着,j1407b的卫星胚胎可能会比预期更快地成长——也许只需50万年,就能形成质量约为月球的天体。
六、环系的“死亡倒计时”
:100万年后的“行星重生”
j1407b的环系不是永恒的。
根据霍夫曼的模型,它将在100万年内走向终结——要么坍缩形成卫星,要么被恒星风吹走。
这个“倒计时”
,藏着行星形成的终极密码。
1坍缩的条件:jeans不稳定性与引力胜利环系的坍缩,本质上是jeans不稳定性(jeansstability)的结果。
当天体的质量超过“jeans质量”
(jeansass)时,自身引力会超过气体压力与离心力,导致物质坍缩。
对于j1407b的环系,jeans质量的计算公式为:_j=sqrt{frac{5kt}{gu_h}}tisleft(frac{pirho}{6}right){-12}其中,k是玻尔兹曼常数,t是环系温度(约150k),g是引力常数,u是平均分子质量(约23,对应水冰与氢的混合),_h是氢原子质量,rho是环系密度。
代入数据后,j1407b环系的jeans质量约为001倍木星——这意味着,当胚胎的质量超过这个值时,会开始坍缩,吸引周围物质形成更大的天体。
霍夫曼的模拟显示,最内侧的胚胎会在80万年后达到jeans质量,启动坍缩;中间的胚胎会在100万年后跟进;最外侧的胚胎则需要120万年。
2“死亡”
的另一种可能:恒星风的“吹散”
如果胚胎的成长速度不够快,环系可能会被恒星风(stelrd)吹走。
恒星j1407的恒星风速度约为100公里秒,每年会带走环系中约101?kg的物质——这相当于环系总质量的0001。
虽然这个速率很慢,但如果胚胎的成长速度低于这个值,环系会在100万年后完全消散。
不过,根据目前的模拟,胚胎的成长速度(每年102?kg)远快于恒星风的侵蚀速率——因此,坍缩形成卫星是更可能的结局。
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3卫星的“诞生”
:从胚胎到伽利略系统当胚胎坍缩时,会吸引周围大量的物质,形成一颗完整的卫星。
根据质量守恒,j1407b的环系总质量约为1023kg——足够形成3-4颗质量约为月球到火星的卫星,或者1颗质量约为土卫六(约002倍木星)的大卫星。
这些卫星的轨道会继承胚胎的轨道共振,形成稳定的系统。
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