Dust-gas Dynamics and Planetesimal Formation in Protoplanetary Disks

Abstract

Even though thousands of extrasolar planetary systems have been detected, a comprehensive picture of how planets are formed from their natal protoplanetary disks remains to be drawn. One of the most challenging stages is the formation of kilometer-scale planetesimals from centi-/milli-meter-sized dust particles in the disk. These particles suffer from problematically rapid inward drifts and poor sticking efficiencies due to fragmentation and bouncing at collisions. This article briefly reviews our current understanding of the dust-gas dynamics in protoplanetary disks and its consequences on planetesimal formation. Specifically, how and under what conditions dust particles can actively concentrate themselves to high density for planetesimals to form, the initial mass function of planetesimals, and the effects of turbulence are examined.

Resumen

Aunque se han detectado miles de sistemas planetarios extrasolares, aún queda por trazar un panorama com- pleto de co ́mo se forman los planetas a partir de sus discos protoplanetarios natales. Una de las etapas más desafiantes es la formación de planetesimales a escala kilométrica a partir de partículas de polvo de tamaño centimétrico o milimétrico en el disco. Estas partículas sufren de derivas internas problema ́ticamente rápidas y de una baja eficiencia de adherencia debido a la fragmentación y el rebote en las colisiones. Este artículo revisa brevemente nuestro conocimiento actual de la dinámica del polvo y el gas en los discos protoplanetarios y sus consecuencias en la formación de planetesimales. Específicamente, se examina co ́mo y bajo qué condiciones las partículas de polvo pueden concentrarse activamente a una alta densidad para que se formen planetesimales, la función de masa inicial de los planetesimales y los efectos de la turbulencia.