研究人员设计了一个创新模型，阐明了像木星这样巨大行星的形成过程，提供了对行星形成过程的更深入见解，并增强了我们对各种行星系统的理解。
一组来自LMU的研究人员创建了一个突破性的模型，以澄清像木星这样的巨大行星的形成，这为行星形成机制提供了更深刻的理解，并可能拓宽我们对行星系统的视角。
我们的太阳系是我们最亲近的宇宙环境，我们对此非常熟悉。它的中心是太阳，随后是像水星、金星、地球和火星这样的类地行星，后面是小行星带，气体巨星木星和土星，冰巨星天王星和海王星，最后是充满彗星的库伯带。然而，我们对这个天体之家真正理解有多少呢？早期的模型表明，巨型行星是通过小行星般的天体（称为行星胚体）的碰撞和积累形成的，气体在数百万年的时间里逐渐积累。然而，这些模型未能解释远离其恒星的气体巨星或天王星和海王星的出现。
从尘埃颗粒到巨型行星
来自LMU、ORIGINS集群和MPS的一组天体物理学家建立了第一个综合模型，涵盖了所有与行星形成相关的基本物理过程。研究表明，原行星盘中的扰动，被称为亚结构，可以催化多个气体巨星的迅速形成。研究结果与最新的科学观察结果完全一致，表明巨型行星的形成可能比之前预期的更高效、更迅速。
通过他们的模型，研究人员展示了微小的毫米级尘埃颗粒如何由于湍流气体盘中的空气动力学效应而聚集。这种初始扰动捕捉了尘埃，防止其漂向恒星。这种材料的集中显著增强了行星的生长，因为在相对较小的区域内提供了大量的“建筑材料”，为行星形成创造了理想条件。
“一旦行星达到影响气体盘的某一大小，便会在盘的外部区域促进新的尘埃积累，”LMU的理论天体物理学教授、ORIGINS卓越集群成员Til Birnstiel表示。“这种动态类似于牧羊犬驱赶羊群，因为行星将尘埃驱动到其轨道之外的区域。”这个循环再次开始，使得有可能形成另一个巨型行星。“这是第一次，模拟准确跟踪了微小尘埃转变为巨型行星的过程，”该研究的主要作者、LMU的博士生Tommy Chi Ho Lau指出。
我们太阳系及其他地方气体巨星的多样性
在我们的太阳系中，气体巨星距离太阳大约5个天文单位（AU）（木星）到约30 AU（海王星）。作为参考，地球距离太阳大约1.5亿公里，这等于1 AU。
研究表明，在其他行星系统中，扰动可以在更大距离上启动形成过程，同时仍然保持快速的步伐。阿尔马无线电天文台的观察通常发现气体巨星存在于距太阳超过200 AU的年轻盘中。此外，该模型阐明了为何我们的太阳系在海王星之后似乎停止了额外行星的形成：所有可用材料都已耗尽。
这些发现与当前对年轻行星系统的观察结果一致，这些系统在其盘中展现出明显的亚结构，这对于行星形成至关重要。这项研究表明，巨型和气体行星的形成比之前认为的更高效、更迅速。这些新的见解可能会优化我们对太阳系内巨型行星起源和演化的理解，并澄清在其他行星系统中看到的变异性。
