Dynamical signatures of Rossby vortices in cavity-hosting disks
背景：行星形成于年轻的气体和尘埃盘中。通过热辐射追踪后者，在少数情况下观察到强烈的不对称团块。这些尘埃陷阱可能是理解行星形成早期阶段的关键，当时固体从微米大小增长到微行星。目的：涡旋是少数已知的不对称尘埃捕获方案之一。目前的工作旨在预测他们的特点，在一个互补的观察。也就是说，视线速度非常适合于追踪涡流的存在。此外，磁盘的动力学是最近的发展。方法：进行二维流体模拟，其中在气体耗尽区域的边缘处形成涡流。我们推导出理想化的视线速度图，不同的磁盘温度和方向相对于观察员。感兴趣的信号，作为一个小的扰动，占主导地位的轴对称分量的速度，可以隔离在观测数据中使用的代理占主导地位的准开普勒速度。我们建议，观测主轴上的速度曲线是这样一个代理。结果如下：将我们的方法应用于HD 142527周围的磁盘作为研究案例，我们预测视线速度几乎检测到目前可用的设施，根据磁盘温度。我们表明，相应的螺旋图案也可以检测到类似的光谱分辨率，这将有助于区分替代解释。
2020-07-16 astro-ph.EP astro-ph.SR
Nonaxisymmetric Rossby Vortex Instability with Toroidal Magnetic Fields in Radially Structured Disks
我们研究了具有径向密度结构的差动旋转、可压缩磁化吸积盘中的全局非轴对称罗斯比涡旋不稳定性。平衡磁场被假定为只有环形分量。利用线性理论分析，我们表明，密度结构可以是不稳定的非轴对称模式。我们发现，对于我们所研究的磁场分布，磁场总是提供一个稳定的效果，不稳定的Rossby涡不稳定模式。我们讨论了这种稳定效应的物理机制。文中还详细讨论了不稳定模的阈值和性质。此外，我们提出了线性稳定性的结果时，磁盘是可压缩的全球磁旋转不稳定性。
2009-06-29 astro-ph.SR
Models of Vortices and Spirals in White Dwarf's Accretion Binaries
在目前的调查的主要目的是建议的结构，如旋涡和螺旋，在吸积白矮星的双星的发展模型。数值方法和模拟应用的基础上的流体动力学分析的考虑。在理论模型中提出了吸积流的扰动参数，这些参数是由于潮汐波对次级星周围吸积物质通量的影响而引起的。数值模拟结果表明，密近双星中由于潮汐相互作用，出现了螺旋结构。我们进一步的模拟给出了这个解，它表达了吸积盘区域中涡旋位形的形成。采用单涡和复合涡模型研究了流动相互作用区域中涡的演化。圆盘物质中的气体被认为是可压缩的和非理想的。所有这些结构的寿命是不同的，每个都取决于旋转的时间周期，吸积物质的密度和速度。
2011-03-03 astro-ph.SR
The Appearance of Vortices in Protoplanetary Disks in Near-Infrared Scattered Light
在许多原行星盘的毫米波连续辐射中发现了方位非对称结构。一种假设是它们是由罗斯贝波不稳定性产生的涡旋，例如在行星开放的间隙或死区的边缘。阐明这些结构的漩涡性质将对行星形成产生深远的影响。检验这一假设的一种方法是将在近红外散射光中观察到的涡旋候选物的形态与理论预期进行比较。为此，我们合成的H-波段偏振光的涡旋的外观相结合的流体动力学和辐射转移模拟的Rossby波不稳定性在死区边缘。在140秒差距的盘中，在其演化的高峰期，65天文单位的涡旋可能会出现一个径向狭窄的弧，比轴对称盘模型亮50% - 70%。对比度仅微弱地依赖于盘的倾角和涡的位置角。这样的对比度水平是很好地检测在成像观测明亮的磁盘使用仪器，如VLT/SPHERE，斯巴鲁/SCExAO，和双子座/GPI。一个涡旋也在外盘上投下阴影，这可能有助于识别它。最后，在适度到高的倾斜度（例如，60度）的涡流可能会模仿单臂螺旋。在HD 34282圆盘中，在散射光中发现了这样一个单臂螺旋，外侧有阴影区域。这一特点大致符合毫米连续发射的方位角不对称性，标志着存在的漩涡。
2022-03-22 astro-ph.EP astro-ph.SR
On the mechanism of self gravitating Rossby interfacial waves in proto-stellar accretion discs
在一个理想化的二维原恒星盘模型中研究了边缘波在自引力影响下的动力学响应。在稳态下，原恒星盘是一个垂直旋转的无限大流体圆柱体，除了在半径r0处有一个单一的密度界面外，密度不变。在基本状态下的流体被规定为旋转的开普勒轮廓$Ω_k(r)\sim r^{-3/2}$修改一些额外的方位角剪切流。线性分析表明，存在两种方位向传播的边缘波，它们与陆地研究中常见的Rossby波和表面重力波类似，它们相对于界面处的局部基态旋转速率彼此反向运动。不稳定性只发生在径向压力梯度与密度跃变（不稳定分层）相反的情况下，在这种情况下，无论系统的分层如何，自重都充当波稳定器。波的传播特性进行了详细讨论的涡度边缘波的语言。Boussinesq和非Boussinesq效应对这些波的稳定性和传播的作用，包括和不包括自重力，然后量化。自引力非Boussinesq效应是涡量产生的一个来源，在基态密度上有一个跳跃，此外，自引力还通过径向主压梯度改变了动力学，这是一种Boussinesq效应。这些机械的见解的进一步应用中提出的结论，包括多密度跳跃或间隙可能是或可能不是稳定的方式。
2016-01-12 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.flu-dyn
Zombie Vortex Instability. II. Thresholds to Trigger Instability and the Properties of Zombie Turbulence in the Dead Zones of Protoplanetary Disks
在僵尸涡不稳定性（ZVI）中，扰动激发了分层旋转剪切流中的临界层（如原行星盘），导致它们产生涡层，涡层卷起形成反气旋僵尸涡和气旋涡面。这个过程是自我维持的，因为僵尸漩涡扰乱了新的关键层，产生了下一代僵尸漩涡。在这里，我们专注于两个问题：最小阈值的扰动，触发自持涡的产生，和后期僵尸湍流的大，小尺度上的属性。决定是否触发ZVI的关键参数是小尺度涡度的大小（而不是速度），不稳定性所需的最小Rossby数是$Ro_{crit}\sim0.2$（对于$β\equiv N/Ω= 2$），其中$N$是Brunt-Väisälä频率。当阈值由涡量设定时，推断马赫数的准则是有用的，对于柯尔莫哥洛夫噪声，临界马赫数与雷诺数成比例：$Ma_{crit}\sim Ro_{crit}Re^{-1/2}$。在原行星盘中，这是$Ma_{crit}\sim10^{-6}$。在大尺度上，僵尸湍流的特征是反气旋和典型的罗斯比数$\sim$ 0.3的气旋片。气旋片和反气旋的间距似乎对临界层的间距有一种“记忆”。在小尺度上，僵尸湍流没有初始条件的记忆，并具有类似Kolmogorov的能谱。虽然我们早期的工作是在均匀分层的限制，我们已经证明，ZVI工程的非均匀布伦特-Väisälä频率配置文件，可能会发现在原行星盘。
2016-05-24 astro-ph.SR
Self-Sustaining Vortices in Protoplanetary Disks: Setting the Stage for Planetary System Formation
行星形成的核心吸积方案假设星子和行星胚胎是在原行星盘的原始气态阶段形成的。然而，尘埃颗粒如何克服传统的生长障碍还不清楚。最近提出的粘性环不稳定性可以解释在原行星盘中观察到的同心环，假设尘埃颗粒可以降低气体的电导率，从而削弱磁旋转不稳定性。我们提出了一个分析这个模型的帮助下，基于GPU的数值流体动力学模拟耦合气体和尘埃在薄盘限制。在盘的演化过程中，尘埃环变得Rossby不稳定，并分裂成一连串的小尺度涡旋。涡旋形成长期稳定的尘埃结构，这可能是通过流动不稳定性以及直接的引力坍缩形成星子的场所。自维持涡旋现象与系外行星的观测约束相一致，为行星系的形成提供了有利的环境。
2021-07-19 astro-ph.EP astro-ph.SR
Rossby Wave Instability with Self-Gravity
非自引力盘中的Rossby波不稳定性（RWI）可以由盘表面质量密度（与反位涡成比例）中半径$r_0$处的凸起触发。它在$r_0$附近产生了一个不断增长的非轴对称扰动[ $\propto \exp(imϕ)$，$m=1,2..$ ]，该扰动由反气旋涡旋组成，可能有助于原行星盘中的星子生长。在这里，我们分析了一个连续的薄盘模型，从自引力到非自引力。确定稳定性/不稳定性的关键量是：（1）盘表面密度中的隆起（或凹陷）的参数，（2）盘的Toomre $Q$参数（非自引力盘具有$Q\gg1$），以及（3）扰动的无量纲方位波数$\bar{k}_ϕ=mQh/r_0$，其中$h$是盘的半厚度。对于对轴对称扰动稳定的圆盘（$Q>1$），自重对$\bar{k}_ϕ< π/2$或$m<(π/2) (r_0/h)Q^{-1}$有重要作用;如果是$Q\lesssim 2$，表面密度中的凹陷或凹槽可能会发生不稳定。对于$\bar{k}_ϕ> π/2$，自重并不重要，并且在表面密度的凸起处可能发生不稳定性。因此，对于所有的模式数$m \ge 1$，自重对$Q > (π/2)(r_0/h)$是不重要的。我们建议，自重力应包括在模拟的情况下，$Q< (r_0/h)$。
2012-12-03 astro-ph.SR physics.flu-dyn
Simulations of the onset and dynamical evolution of inertial waves in solar/stellar interior
Universidade Federal de Minas Gerais（米纳斯吉拉斯联邦大学）；Observatório Nacional（国家天文台）；Royal Observatory of Belgium（比利时皇家天文台）；High Altitude Observatory, NSF National Center for Atmospheric Research（美国国家大气研究中心高空观测站）；National Center for Atmospheric Research（美国国家大气研究中心）
研究通过数值模拟探讨太阳和恒星内部惯性波的激发机制及动力学影响，发现巴克林不稳定性和不同剪切幅度下的对流层旋转对惯性波起始和非线性演化有显著作用。
2026-03-21 astro-ph.SR
"Halfway to Rayleigh" and other Insights to the Rossby Wave Instability
本研究通过简化模型解析了罗斯贝波不稳定的触发条件，发现宽特征在半瑞利不稳定处失稳，增长率与焓振幅的1/3次方成正比，并受盘曲率影响。
2024-07-17 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.flu-dyn
The baroclinic instability in the context of layered accretion. Self-sustained vortices and their magnetic stability in local compressible unstratified models of protoplanetary disks
吸积盘中的湍流和角动量输运仍然是一个有争议的话题。随着认识到死区是原行星盘的强大特征，对湍流流体动力源的搜索仍在继续。一个可能的来源是斜压不稳定性（BI），它已被证明存在于非磁化的非正压盘。我们提出了剪切箱模拟斜压不稳定，磁化，3D磁盘，以评估BI和其他不稳定性，即磁旋转不稳定性（MRI）和磁椭圆不稳定性之间的相互作用。我们发现，在纯流体动力学制度的斜压不稳定性产生和维持的涡不生存时，磁场。到目前为止，MRI在生长速率和饱和强度方面取代了BI。由此产生的湍流实际上与仅MRI的情况相同。我们测量了涡的内禀涡度廓线，发现涡核的径向变化很小。然而，核心被破坏的MHD不稳定性，我们确定与磁椭圆不稳定性。这种不稳定性具有与MRI几乎相同的不稳定波长范围，但具有更高的增长率。事实上，我们确定的磁共振成像的磁椭圆不稳定性的限制情况下，涡的纵横比趋于无穷大（纯剪切流）。我们的结论是，由原行星盘中的斜压不稳定性引起的涡旋激发和自维持仅在低电离下是可行的，即，死亡地带因此，我们的结果是按照分层吸积范式。一个斜压不稳定死区的特征应该是大尺度涡的存在，其核心是椭圆不稳定的，但由斜压反馈维持。由于磁场会破坏涡流，且MRI的重要性超过BI，因此活性层未被修改。
2011-01-06 astro-ph.EP astro-ph.SR
Steady state of dust distributions in disk vortices: Observational predictions and applications to transitional disks
阿塔卡马大型毫米波阵列（ALMA）一直在返回过渡盘的图像，其中在外盘中的毫米级尘埃分布中可以看到很大的不对称性。流行的解释借用了涡旋文献，认为这些不对称性是尘埃被困在巨大涡旋中的结果，通过行星间隙边缘的罗斯贝波不稳定性（RWI）激发。由于阻力，被困在漩涡中的灰尘将聚集在中心，并且需要扩散以在磁盘的寿命期间保持稳定状态。虽然以前的工作推导出半解析模型的过程中，在本文中，我们提供了分析稳态的解决方案。某些涡模型存在精确解。该解决方案是由涡流旋转轮廓，气体刻度的高度，涡的纵横比，和粉尘扩散的气体-粉尘摩擦的比率。原则上，所有这些量都可以从观测中得出，这将验证模型，同时也对涡核内的湍流强度进行约束。基于我们的解决方案，我们得到的数量，如气体尘埃对比度，被困的尘埃质量，并在同一轨道位置的尘埃对比度。我们将我们的模型应用于最近成像的Oph IRS 48系统，在观测不确定性的范围内找到值。
2013-07-17 astro-ph.EP astro-ph.SR
3D Gap Opening in Non-Ideal MHD Protoplanetary Disks: Asymmetric Accretion, Meridional Vortices, and Observational Signatures
本研究利用热化学代码自洽计算的非理想MHD系数，探究三维非理想MHD原行星盘中间隙形成动力学，发现间隙极向磁通量集中、快速吸积层、经向涡旋等特征，揭示其对行星生长及观测的影响。
2024-11-28 astro-ph.EP astro-ph.SR
Transient growth of perturbations on scales beyond the accretion disc thickness
谱稳定剪切流的湍流状态可以根据转捩的旁路方案来发展和维持。如果它工作在非磁化的无限和均匀的准开普勒流，瞬时增长的剪切涡应提供能量的湍流。采用大剪切盒近似，以及一组全球盘模型，我们研究了在这样的流中的剪切涡的最佳增长在整个范围内的方位角的长度尺度，$λ_y$，相比的流量尺度高度，$H$。结果表明，与帐户的粘度的剪切涡，$G_{max}$的最高可能的放大，达到最大值在$λ_y\lesssim H$和下降对大尺度$λ_y\gg H$和小尺度$λ_y\ll H$在一个很好的协议与分析估计的基础上平衡的解决方案。我们主要关注大尺度涡旋$λ_y\gg H$，它产生$G_{max}\propto (Ω/κ)^4$，其中$Ω$和$κ$分别表示本地旋转和周转频率。结果表明，大尺度涡在接近摆动的瞬间获得高密度扰动。同时，它们的生长不受体积粘度的影响。我们检查，全球获得的$G_{max}$是可比的本地对应和形状和本地化的全球最佳涡可以解释的本地方法。所得到的结果使我们能够建议，在准开普勒流的亚临界过渡到湍流的临界雷诺数，以及相应的湍流的有效方位应力应基本上取决于剪切速率。
2017-01-10 astro-ph.EP astro-ph.HE astro-ph.SR
Formation of Accretion Disks in Close-Binary Systems with Magnetic Fields
我们建立了一个三维数值模型，并应用它来模拟半分离双星系统中的等离子体流动，该系统的吸积体具有很强的内禀磁场。该模型是基于这样的假设，即等离子体动力学是由缓慢的平均流，这形成了一个背景的MHD波的快速传播。描述物质慢运动的方程是通过对快速传播的脉动进行平均而得到的。数值模型包括湍流涡流中电流耗散引起的磁场扩散、磁浮力和波动MHD湍流。用一个改进的三维并行数值程序模拟了具有不同吸积体磁场（从$10^5$到$10^8$ G）的密近双星系统中的流场结构。讨论了吸积盘形成的条件和区分中间极和极两种流的判据。
2010-10-24 astro-ph.SR
Voracious vortices in cataclysmic variables: II. Evidence for the expansion of accretion disc material beyond the Roche lobe of the accretor in HT Cassiopeia during its 2017 superoutburst
在我们早期的论文中，我们表明，在多年的观测过程中，矮新星HT Cas在其静止状态下的吸积盘半径没有显着变化。它一直保持较大，接近潮汐截断半径。这一结果与现代对爆发周期中圆盘半径演变的理解不一致。在这里，我们提出了一组新的HT Cas的时间分辨光谱，这些光谱是在2017年超级爆发期间获得的。我们使用多普勒层析成像映射系统中的发射结构，我们与那些检测到的静止。我们利用限制性三体问题的解重新讨论了HT Cas在静止时发射结构的位置和圆盘尺寸。超爆发光谱在外观上与静止光谱相似，尽管大部分发射线的强度降低。然而，高激发线显着加强与巴耳末线相比。许多谱线显示出宽发射和窄吸收分量的混合。超爆发时H $α$比平静时窄得多。其他发射谱线在爆发时也变窄，但没有H $α$那么窄。静止期的H $α$和爆发期的H $β$和HeI谱线的多普勒图主要由断层图像右侧的明亮发射弧所支配，该发射弧位于甚至超过理论截断极限。然而，大部分的H $α$排放在突出具有显着较低的速度。结果表明，HT Cas在其超爆发期间的吸积盘半径已经变热，但保持与静止时相同的大小。相反，我们在白矮星的洛希叶之外探测到了冷气体，这些气体可能是在超级爆发期间从热盘中排出的。
2020-10-14 astro-ph.HE astro-ph.SR
Interpreting Brightness Asymmetries in Transition Disks: Vortex at Dead Zone or Planet Carved Gap Edges?
最近的亚毫米观测表明，超过12个过渡盘的非轴对称亮度分布与马蹄形形态。对于观测到的不对称性，最被接受的解释是尘埃在大尺度涡旋中的积累。原行星盘涡旋可以通过在陡峭压力梯度附近的罗斯贝波不稳定性的激发而形成，它可以在巨大行星雕刻间隙的边缘或吸积不活跃区的边缘发展。我们研究了形成在这两个不同的情况下，通过二维局部等温流体动力学模拟旋涡的形成和演化。我们发现在行星间隙边缘形成的旋涡是短暂的，除非圆盘几乎是无粘性的。相比之下，在死区的外缘形成的涡流是长期存在的。在两种情况下，涡流形态可能会有显著差异：与间隙模型相比，死区边缘的涡流径向和方位延伸分别约为1.5倍和3.5倍。在某些特殊情况下，涡的纵横比在两种情况下可以是相似的，但是，涡的方位角延伸可以用来区分涡的形成机制。我们用ALMA计算了亚毫米波连续谱中涡旋可观测性的预测。我们发现，方位角和径向的亮度不对称程度与涡旋的形成过程中，α粘度处方的限制。
2017-12-05 astro-ph.EP astro-ph.SR
Dust Clumping in Outer Protoplanetary Disks: the Interplay Among Four Instabilities
本研究通过三维全局模拟，揭示了外原行星盘中VSI、SI、RWI和KHI四种不稳定性相互作用导致尘埃强烈聚集，其中仅少数涡旋中的聚集足以形成星子。
2025-04-22 astro-ph.EP astro-ph.SR
Extending the range of the inductionless magnetorotational instability
磁旋转不稳定性（MRI）可以破坏流体动力学稳定的旋转流，从而允许在吸积盘的角动量输运。磁共振成像的一个臭名昭著的问题是它在低磁普朗特数区域的适用性值得怀疑，因为它们是原行星盘和黑洞周围吸积盘外部的典型区域。使用WKB方法，我们扩展了MRI的适用范围，证明了如果方位磁场的径向分布仅与无电流分布~ 1/r略有不同，则无感应形式的MRI（如螺旋MRI和方位MRI）很容易使开普勒分布~ 1/r^（3/2）不稳定。这样，我们进一步展示了以前已知的临界Rossby数的下限Ro=-0.828与上限Ro=+4.828之间的自然联系。
2013-06-04 astro-ph.SR math-ph math.MP
Incompressible Modes Excited by Supersonic Shear in Boundary Layers: Acoustic CFS Instability
我们提出了一个不稳定的激发不可压缩模式（如重力或Rossby模式）在表面的恒星吸积通过边界层。这种不稳定性通过在边界层的圆盘中发出声波来激发恒星模，该声波携带的能量和角动量通量与恒星模的能量和角动量密度的符号相反。我们称这种不稳定性为声学CFS不稳定性，因为它直接类似于旋转恒星上以引力波形式发射能量激发模式的欧拉-弗里德曼-舒茨不稳定性。然而，声学CFS不稳定性与其对应的引力波不同之处在于，声波传播的流体介质（即，吸积盘）通常比产生不可压缩模式的恒星旋转得更快。由于这个原因，不稳定性甚至可以对存在吸积盘的非旋转恒星起作用。我们讨论了我们的结果在吸积黑洞和中子星系统中的高频准周期振荡和激变变星中的矮新星振荡中的应用。
2016-10-13 astro-ph.HE astro-ph.SR
Anisotropic Infall and Substructure formation in Embedded Disks
在嵌入源周围发现的吸积流的连续性表明，原恒星盘经历了来自恒星形成环境的异质性下降，这与自上而下的星团形成模拟中恒星形成核心的吸积行为一致。这可能会产生以环、间隙和螺旋形式存在的盘亚结构，这些亚结构在嵌入的0/I类和后来的II类源中继续被高分辨率成像调查所识别。我们提出了一个参数研究各向异性的下落，告知吸积流到原恒星的核心在数值模拟中的属性，并改变传入流的相对比角动量以及它们的流动几何形状。我们的研究结果表明，各向异性infall扰动磁盘和容易启动Rossby波不稳定性（RWI）。它在材料沉积的下落区的内边缘和外边缘形成涡流。这些涡旋驱动螺旋波和角动量传输，其中一些模型能够驱动对应于$α\sim 10^{-2}$量级的粘度参数的应力。由此产生的方位角剪切形成强大的压力隆起，作为障碍，尘埃颗粒的径向漂移，漂移为主的尘埃演化的后处理计算证明。我们讨论了如何一个自洽模型的各向异性的下落可以解释毫米环的形成在外盘，以及生产紧凑的尘埃盘，嵌入源的观测相一致。
2022-02-10 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.SR
Gaps, Rings, and Non-Axisymmetric Structures in Protoplanetary Disks - From Simulations to ALMA Observations
阿塔卡马大型毫米/亚毫米阵列（ALMA）最近对年轻恒星周围的圆盘进行的观测揭示了尘埃连续辐射的明显不对称性。在这项工作中，我们要研究轴对称和非轴对称结构，诱发的磁旋转不稳定性的外部区域的原行星盘。我们结合国家的最先进的数值模拟的结果与后处理辐射转移（RT）生成合成地图和预测ALMA。我们进行了非理想的全球三维MHD分层模拟的死区外缘使用FARGO MHD代码PLUTO。恒星和磁盘的参数是从一个参数化的磁盘模型适用于拟合高角分辨率多波长观测的拱星磁盘。从给定的表面密度分布和Monte-Carlo辐射转移一致地计算2D温度和密度分布。使用粉尘化学模型计算2D欧姆电阻率分布。磁场是垂直净通量场。由此产生的尘埃再发射提供了ALMA观测模拟的基础。基准模型开发了一个大的差距，然后在位于死区外边缘的表面密度的跳跃。密度和压力的跳跃足以阻止粒子的径向漂移。此外，我们观察到的Rossby波不稳定性（RWI）的跳跃位置接近60 AU的涡的产生。涡旋以40个局部轨道的周期稳定地产生和破坏。RT结果和模拟ALMA观测预测了在没有行星的情况下观测出现在磁化盘中的这种大尺度结构的可行性。
2014-12-09 astro-ph.EP astro-ph.SR
Dust traps as planetary birthsites: basics and vortex formation
我们提出了一个简单的模型，低质量的行星形成和随后的演变“过渡”盘。我们定量地证明，预测和观察到的结构，这样的光盘是主要的诞生地的行星。行星形成很可能是通过卵石吸积进行的，如果行星胚胎（$M\gtrsim 10^{-4}\,$ M $_\oplus$）形成。有效的卵石吸积可能是不可避免的过渡盘尘埃陷阱，卵石吸积所需的尘埃颗粒的大小是那些最有效地捕获在过渡盘尘埃陷阱。尘埃阱中快速的卵石吸积不仅产生了低质量的行星，而且产生了大的吸积光度。这种吸积光度足以在行星的引力影响之外加热圆盘，并使圆盘局部斜压，并成为涡度的来源。利用数值模拟，我们表明，这种涡源可以导致一个单一的大尺度涡的增长在$\sim 100$轨道，这是能够捕获粒子。最后，我们提出了一个演化周期：行星形成通过卵石吸积进行，然后是涡旋形成和粒子捕获在涡旋淬火行星吸积，从而消除涡源。漩涡被破坏后，这个过程可以重新开始。这意味着过渡盘在其生命周期的很大一部分时间内应该会出现大规模的漩涡，并且大的~10AU分离的残留行星应该是这个周期的常见结果。
2017-03-27 astro-ph.EP astro-ph.SR
Dust-trapping vortices and a potentially planet-triggered spiral wake in the pre-transitional disk of V1247 Orionis
径向漂移问题构成了行星形成理论中最基本的问题之一，因为它预测粒子在能够成长到微行星大小之前会漂移到恒星中。尘埃捕获涡旋被认为是解决这个问题的一种可能的方法，因为它们可能能够捕获数百万年的粒子，使它们能够超越径向漂移障碍。在这里，我们呈现了V1247 Orionis过渡前盘的ALMA 0.04”分辨率成像，显示了一个不对称的环以及一个尖锐的新月形结构，类似于涡旋形成的理论模型中看到的形态。不对称环（距离恒星0.17”=54天文单位）和新月（距离0.38”=120天文单位）似乎通过一个单臂螺旋臂结构平滑地连接在一起，这是以前在散射光中发现的。我们提出了一个物理场景与行星的轨道在$\sim0.3$“$\approx$ 100 au，其中的单臂旋臂检测偏振光跟踪吸积流喂养的原行星。行星的动力学影响清除了环和新月之间的间隙，并触发了两个捕获mm大小颗粒的漩涡，即新月和环中看到的明亮不对称。我们对一个嵌入行星的圆盘进行了专门的流体动力学模拟，这导致了与我们散射光图像中看到的类似的螺旋臂形态。在螺旋尾流和新月形的位置上，我们还观察到$^{12}$ CO（3-2）和H $^{12}$ CO $^{+}$（4-3）的过量线发射，这可能是在这些盘区中标度高度增加的痕迹。
2017-10-13 astro-ph.EP astro-ph.SR
Hydrodynamic convection in accretion discs
垂直于吸积盘平面的对流的普遍性和后果已经讨论了几十年。最近的模拟结合对流和磁旋转不稳定性给新的推动力的辩论，因为这两个过程的相互作用可以增强角动量传输，至少在光学厚爆发阶段的矮新星。在本文中，我们试图隔离和了解最通用的功能盘对流，因此进行研究，在纯流体动力学模型。首先，我们调查的线性阶段的不稳定性，获得半解析的增长率估计，使用一维谱计算，以及分析，使用WKBJ方法。接下来，我们使用保守的有限体积代码PLUTO进行三维、垂直分层、剪切箱模拟，无论有无显式扩散系数。我们发现，流体动力学对流可以，在一般情况下，驱动器向外角动量运输，一个结果，我们确认与ATHENA，一个替代的有限体积代码。此外，我们建立的角动量通量的符号是敏感的数值方案的扩散。最后，在持续的对流中，系统不断地被迫进入不稳定状态，我们观察到各种相干结构的形成，包括大尺度和振荡对流单体，纬向流和小涡旋。
2018-08-01 astro-ph.SR physics.flu-dyn
The subcritical baroclinic instability in local accretion disc models
目的：在局地剪切盒模式中，我们给出了一个亚临界斜压不稳定（SBI）的新结果。我们描述的2D和3D的行为，这种不稳定性，使用数值模拟，我们提出了一个简单的分析模型描述的基本物理过程。结果：一个亚临界斜压不稳定性观察流稳定的Solberg-Hoiland标准使用本地模拟。这种不稳定性被认为是一种非线性（或亚临界）不稳定性，它不能用普通的线性方法来描述。它需要一个径向熵梯度弱不稳定的Schwartzchild标准和一个强大的热扩散率（或等效的冷却时间短）。在可压缩模拟中，不稳定性产生密度波，其向外传输角动量，通常α <3e-3，确切值取决于背景温度分布。最后，不稳定性在3D中存在，涡核由于参数不稳定性而变成湍流。结论：亚临界斜压不稳定是一个强的现象，可以用局地模拟捕捉到。由于2D SBI和3D参数不稳定性之间的平衡，该不稳定性在3D中存活。最后，这种不稳定性会导致角动量的向外传输，这是由于涡旋产生密度波。
2010-01-14 astro-ph.EP astro-ph.SR
Zombie Vortex Instability I: A Purely Hydrodynamic Instability to Resurrect the Dead Zones of Protoplanetary Disks
人们对原行星盘死区中的流体动力学不稳定性有相当大的兴趣，它是驱动角动量传输的机制，也是粒子捕获涡旋的来源，以混合球粒和孕育星子的形成。我们目前的模拟与伪谱滞弹性代码和可压缩代码雅典娜，表明稳定分层流在剪切，旋转盒是剧烈不稳定的，并产生空间填充，持续的湍流为主的大涡Rossby数的顺序为0.2-0.3。这种僵尸涡不稳定性（ZVI）在两个代码中都被观察到，并且是由马赫数小于0.01的Kolmogorov湍流触发的。通常的看法是，如果给定的恒定密度流是稳定的，那么稳定的垂直分层应该使流动更加稳定。然而，我们表明，足够的垂直分层可以是不稳定的零电压指数。ZVI是鲁棒的，不需要特别调整边界条件，或初始径向熵或涡度梯度（尽管我们只研究了无限冷却时间的限制）。这个悖论的解决方案是，稳定层结允许一个新的途径不稳定：斜压临界层。ZVI在以前的旋转剪切盒中流动的研究中没有出现，因为这些计算经常缺乏垂直密度分层和/或足够的数值分辨率。虽然我们不期望可观的角动量输运ZVI在本研究中的小域，我们假设ZVI在较大的域与可压缩方程可能会导致角运输通过螺旋密度波。
2015-04-30 astro-ph.SR physics.flu-dyn
On turbulent viscosity in relativistic jets and accretion disks
湍流粘性的形成机制是湍流研究的核心问题。这也是吸积盘理论的情况，其中湍流被认为是吸积盘中角动量向外传输的原因。在湍流中，涡流在其长度尺度上传输动量，提供了由质量夹带控制的粘度机制。我们在前面已经提出了一个相对论性喷流在射电星系3C31的特殊情况下的夹带模型。在本文中，我们进一步约束模型参数。该模型（在非相对论部分）成功地测试与自由混合层的雷诺应力的实验和模拟数据，并预测Smagorinsky常数$C_\mathrm{S} \approx 0.11$，这是与剪切流$C_\mathrm{S} \approx 0.1-0.12$的实验范围一致。对于吸积盘，卷吸模型允许我们导出与Shakura \& Sunyaev的$α$模型相同的吸积质量速率，而不需要诉诸湍流运动粘度$ν_\mathrm{t}$，并且以$\displaystyle α= -\frac{8}{3} βs_\mathrm{T} \frac{\mathrm{v_t}^2}{c_\mathrm{s}^2}$形式导出的粘度参数$α$取决于沿盘半径的温度斜率的幂$s_\mathrm{T}$，$T\propto r^{s_\mathrm{T}}$，并且二次地取决于湍流速度$\mathrm{v_t}$。
2022-12-23 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.flu-dyn
A high resolution simulation of protoplanetary disk turbulence driven by the vertical shear instability
本研究采用268.4 M网格点和四阶Padé格式模拟了垂直剪切不稳定性驱动的3D原行星盘湍流，揭示了3D流动中的湍流剪切层、角动量阶梯结构及动能谱特征，并发现轴对称VSI在后期存在伪影。
2024-11-07 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.flu-dyn
