一种形成行星的新方式 - 十年的老拼图解决了？

在过去的25年里，科学家们在太阳系外发现了超过4000颗行星。从相对较小的岩石和水的星球到极热的气体巨星，这些行星呈现出惊人的多样性。这种变化是意料之中的。科学家们用来研究行星形成的复杂计算机模型也产生了非常不同的行星。模型更难以解释的是在其他恒星周围发现的行星的质量分布。大多数行星都属于中等质量的一类——质量相当于地球质量的几颗行星海王星。即使在太阳系的上下文中，形成的形成天王星海王星仍然是一个谜。与瑞士NCCR行星相关联的苏黎世和剑桥大学的科学家现在已经提出了通过全面的模拟备份的替代解释。他们的结果出版在科学期刊上自然天文学。

两个对比力量……

“当行星从煤气和灰尘的所谓原型盘形成时，引力稳定性可能是驾驶机制，”Lucio Mayer，苏黎世大学的学习协作和计算天体物理学教授，以及NCCR行星的成员，解释。在该过程中，由于重力和形成密集的螺旋结构，盘中的灰尘和气体聚集在一起。然后这些将成长为行星建筑物，最终是行星。

这一过程发生的规模非常大——跨越了原行星盘的规模。“但在较短的距离上——单个行星的规模——另一种力量占主导地位:与行星一起发展的磁场，”迈耶解释说。这些磁场会搅动圆盘上的气体和尘埃，从而影响行星的形成。“为了获得行星形成过程的完整图像，重要的是不仅要模拟圆盘上的大规模螺旋结构。该研究的第一作者邓洪平说，他曾是迈耶的博士生，现在是剑桥大学的研究员。

......很难同时掌握

然而，重力和磁性的规模和性质的差异使两种力非常具有挑战性地集成到相同的行星形成模型中。到目前为止，捕获其中一个力量良好的效果的计算机模拟，通常与另一个力量差。为了成功，团队开发了一种新的建模技术。许多不同领域所需的专业知识：首先，他们需要对重力和磁性的深刻理论理解。然后，研究人员必须找到一种方法来将理解转化为可以有效地计算这些对比力的代码。最后，由于巨大的必要计算，需要强大的计算机 - 就像瑞士国家超级计算中心（CSC）的“Piz Daint”。“除了我们开发的理论上见解和技术工具之外，我们也取决于计算能力的进步，”Lucio Mayer说。

几十年前的谜题被解开了?

尽管时运不济，但一切都在恰当的时间汇聚在一起，形成了一个突破。“有了我们的模型，我们第一次能够证明磁场使得生长中的行星难以在超过某一特定点时继续积累质量。结果，巨行星变得更加稀少，中等质量的行星变得更加频繁——这与我们在现实中观察到的情况相似，”邓洪平解释道。

“这些结果只是第一步，但他们清楚地表明了在行星形成模拟中占有更多物理过程的重要性。我们的研究有助于了解潜在的途径，形成在我们的星系中非常常见的中间质量行星。它还有助于我们一般地了解原文象磁盘，“Ravit地狱，苏黎世大学理论天体物理学教授和NCCR行星成员，总结。

参考：“通过磁控磁盘碎片形成中级全球”的卢比邓，卢西奥梅尔和Ravit Helled，2月11日，2021年11月11日，自然天文学。
DOI：10.1038 / S41550-020-01297-6