Mantle mineralogy limits to rocky planet water inventories
岩石行星地幔中名义上无水的矿物可以将海洋的水作为一个整体隔离，限制大量的水库存。在这里，我们预测地幔水容量的水在其组成矿物中的溶解度有限。我们报告的地幔水容量的变化，由于（i）主机星耐火元素丰度，设置矿物学，（ii）现实的地幔温度的情况下，和（iii）行星质量。我们发现，大到足以稳定钙钛矿的行星几乎总是有一个干燥的下地幔，顶部是一个高水容量的过渡区，这可能是行星内部水运输的瓶颈。由于定义下地幔的环木岩-钙钛矿相边界的压力对行星质量大致不敏感，上地幔储层的相对贡献将随着行星质量的增加而减少。因此，大型岩石行星的地幔水容量不成比例地小。在实践中，我们的结果将代表初始水浓度分布在行星地幔，其原始岩浆海洋是水饱和。我们认为，相当大比例的巨大岩石行星的吸积水预算将在岩浆海洋凝固后立即形成表面海洋或大气水蒸气，这可能会降低这些行星拥有陆地的可能性。这项工作是理解行星深水循环，流变学和融化介导的热演化以及水世界频率的一步。
2023-01-11 astro-ph.EP
Dead Zones as Thermal Barriers to Rapid Planetary Migration in Protoplanetary Disks
在气体原行星盘的标准模型中，行星迁移的速度非常快（$\sim 10^5$年），这会危及行星系的存在。我们提出了一个新的机制，显着减缓快速行星迁移，发现通过辐射转移计算的热结构的原行星盘照射其中心恒星。尘埃快速沉降在盘的死区--一个湍流非常小的区域--在它的外缘留下了一堵尘埃墙。我们发现，这个辐射壁的死区的回热产生了一个积极的磁盘温度梯度，作为一个热屏障行星迁移，持续磁盘的寿命。虽然我们详细分析了M星周围低质量盘中超级地球的迁移，但我们的研究结果可以应用于各种年轻的行星系。我们比较我们的研究结果与其他潜在的重要停止机制，并表明，有大的参数空间，死区很可能发挥最重要的作用，再现所观察到的质量周期关系在较长的行星周期。
2010-01-27 astro-ph.EP
The Role of Carbon in Extrasolar Planetary Geodynamics and Habitability
氧、碳和主要岩石形成元素（如镁、铁、硅）的比例决定了行星的主要矿物学。行星矿物学的变化随后会影响行星地幔动力学以及任何深层水或碳循环。通过热力学模型和高压金刚石对顶砧实验，我们证明了C的氧化电位高于Fe在所有压力和温度指示0.1 - 2个地球质量的行星。这意味着，对于一个（Mg+2Si+Fe+2C）/O > 1的行星，地幔中多余的C将以金刚石的形式存在。我们模拟的一般动态状态的行星作为内部温度，碳成分和大小的函数，表明以上的临界阈值$\sim$ 3原子% C，限制到没有地幔对流将存在假设地球一样的地热。因此，我们断言，在C-（Mg+2Si+Fe）-O系统中，只有一个非常小的组成范围内产生可居住的行星。在这个宜居范围之外的行星将是动态缓慢或停滞的，因此具有有限的碳或水循环，导致我们所知道的不适合生命的表面条件。
2013-11-09 astro-ph.EP
An Interdisciplinary Perspective on Elements in Astrobiology: From Stars to Planets to Life
恒星元素丰度直接影响行星的内部结构和矿物学，表面成分和生命。然而，行星可居住性探索所需的不同社区（天体物理学，行星科学，地质学和生物学）强调不同的元素。如果我们要取得进展，特别是考虑到即将到来的NASA任务，我们必须共同扩大我们关于有用元素清单的沟通，它们对行星系的影响，以及如何在近期和长期观察它们。
2019-04-01 astro-ph.EP
Resonant Excitation of Planetary Eccentricity due to a Dispersing Eccentric Protoplanetary Disk: A New Mechanism of Generating Large Planetary Eccentricities
我们提出了一种新的机制，产生大的行星偏心率。这种机制适用于行星在其同伴原行星盘的内腔中。具有内部截断的大质量盘可能由于与气体冷却相关的非绝热效应而变得偏心，并且可以在长寿命的相干进动偏心模式中保持其偏心率;当盘分散时，当行星和盘具有相同的拱点进动率时，内部行星将与偏心盘发生长期共振;然后，当系统经历共振时，行星的偏心率被激励到大值。在这项工作中，我们解决了偏心模式的一个模型盘广泛的质量。然后，我们采用一个近似的长期动力学模型来计算“行星+分散盘”系统的长期演化。在我们的计算中，这颗行星的偏心率很大（在0.1到0.6之间），尽管它的盘偏心率很小（$\lesssim0.05$）。这种偏心率激发可以理解为与“行星+盘”偏心率本征态的演化相关的模式转换（"避免交叉“）现象。
2022-11-14 astro-ph.EP
Planetary Migration in Protoplanetary Disks
已知的系外行星群显示出多种多样的轨道结构，解释这种结构的起源是行星形成理论的一个主要挑战。年轻行星和它们的原行星盘之间的引力相互作用提供了一种在形成时期形成行星轨道的方式。原行星与行星之间的相互作用受到驱动原行星盘演化的结构和物理过程的强烈影响。在这篇评论中，我们专注于如何磁盘行星的相互作用驱动迁移的行星时，不同的假设是关于角动量传输的物理，以及它如何驱动吸积流的原行星盘模型。特别是，我们认为移民光盘：（i）吸积流出现，因为湍流扩散传输角动量;（ii）层流吸积流被限制在薄，电离层附近的磁盘表面和驱动发射的磁离心风，与中平面是完全惰性的;（iii）层流吸积流遍及盘的整个柱密度，并且由大尺度水平和垂直磁场的组合驱动。
2018-04-27 astro-ph.EP
$N$-body simulation of planetary formation through pebble accretion in a radially structured protoplanetary disk
本文通过N体模拟研究径向结构原行星盘中卵石吸积对行星形成的影响，发现不连续边界处原行星可在约10^4年内增长至地球质量，并普遍发生巨型碰撞，最终可能形成类似太阳系的行星系统。
2023-08-10 astro-ph.EP
Increased isolation mass for pebble accreting planetary cores in pressure maxima of protoplanetary discs
当行星核达到它的\textit{isolation mass}时，由于在气体中打开的间隙的外边缘出现的压力最大值，卵石吸积行星核的生长停止。这个最大压力捕获了向内漂移的卵石，阻止了固体在地核上的堆积。另一方面，大量的卵石（$\sim 100M_\oplus$）应该流经核心的轨道，直到到达其隔离质量。如果核心生长在原行星盘的尘埃陷阱中，则卵石吸积的效率会增加。ALMA观测到的尘埃陷阱是环状结构，这表明在圆盘中存在全球压力最大值，也可以作为行星迁移陷阱。这项工作的目的是揭示多大的行星核心可以增长在这样的压力最大的卵石吸积。在我们的流体动力学模拟中，卵石被视为一个无压流体相互耦合的气体通过拖曳力。我们的研究结果表明，在全球压力最大的卵石隔离质量的行星核心是显着大于在光盘与幂律表面密度分布。孤立质量的增加缩短了巨行星的形成时间。
2021-03-01 astro-ph.EP
Chemical Clues on the Formation of Planetary Systems: C/O vs Mg/Si for HARPS GTO Sample
理论研究表明，C/O和Mg/Si是决定类地行星矿物学的最重要的元素比。C/O比控制了Si在碳化物和氧化物物种中的分布，而Mg/Si提供了有关硅酸盐矿物学的信息。我们提出了一个详细的和统一的研究C，O，Mg和Si丰度的61颗恒星检测到的行星和270颗恒星没有检测到的行星从均匀的高质量的公正的HARPS GTO样本，连同39个更多的行星宿主恒星从其他调查。我们确定这些重要的矿物学比率，并调查可能在这些行星系统中形成的可能的类地行星的性质。我们发现矿物学比例与太阳的相当不同，这表明有各种各样的行星系统与太阳系不同。许多行星主星的Mg/Si值低于1，因此它们的行星将具有高Si含量，形成MgSiO $_{3}$等物种。这种类型的成分可能对行星过程有重要的影响，如板块构造，大气成分或火山活动。
2010-10-01 astro-ph.EP astro-ph.SR
Influence of planetary gas accretion on the shape and depth of gaps in protoplanetary discs
众所周知，巨大的行星有能力在其诞生的气态原行星盘上打开深深的缝隙。然而，目前还不清楚气体在不断增长的行星上的吸积如何影响它们不断增长的间隙的形状和深度。我们用Fargo-2D 1D代码进行了等温流体动力学模拟，该代码假设行星在0.1至260 AU的完整圆盘内吸积气体。气体吸积程序使用一个汇细胞的方法，其中不同的吸积率是用来应付广泛的气体吸积率在文献中引用。我们发现，行星气体吸积率增加较大的磁盘长宽比和更大的粘度。我们的主要结果表明，气体吸积对间隙开放质量有重要影响：我们发现，当圆盘对行星质量的变化反应缓慢时（即，在低粘度下），间隙打开质量与行星吸积速率成比例，较高的气体吸积速率导致较大的间隙打开质量。另一方面，如果盘响应时间短（即，在高粘度下），然后气体吸积帮助行星雕刻出一个很深的缺口。因此，较高的行星气体吸积速率导致较小的间隙开放质量。我们的研究结果有重要的影响，从光盘观测的行星质量的推导：根据行星气体吸积率，从ALMA观测导出的质量可能会关闭高达2倍。我们讨论的结果，在间隙开放质量的变化对行星系的演化的基础上的大钉方案的例子。行星的气体吸积也会影响恒星的气体吸积，由于存在气体吸积行星，影响很小。
2020-11-29 astro-ph.EP
Vortex weighing and dating of planets in protoplanetary discs
对一些原行星盘的高分辨率亚毫米观测揭示了非对称特征，这通常可以解释为在嵌入行星的间隙边缘形成的漩涡中的尘埃浓度。我们使用最近的结果的时间尺度上的行星驱动的旋涡发展在低粘度光盘上的质量和年龄的行星产生的旋涡设置限制。在一个有涡旋的原行星盘系统中，已知中心恒星的年龄，可以将行星质量的下限设定在几十个$M_\oplus$的水平上。此外，行星质量的独立上限将限制行星的年龄，尽管考虑到目前的直接成像检测限制，这一限制还不是非常严格（它也敏感地依赖于盘刻度高度）。这些结果可以推广到解释行星质量吸积的历史，如果它是已知的。我们应用我们的计算，以几个原行星盘窝藏旋涡状的功能所揭示的ALMA和设置的限制$(30-50)M_\oplus$（光盘长宽比$0.1$）的最小质量的推定行星，可能是负责这些旋涡。我们的基于涡旋的方法提供了一种独立的方式来约束嵌入式行星的属性，与其他方法互补。
2023-01-04 astro-ph.EP
Global models of planetary system formation in radiatively-inefficient protoplanetary discs
（节略）我们在辐射效率低下的圆盘模型中展示了行星系形成的N体模拟结果，其中正共转扭矩可能会抵消林德布拉德扭矩驱动的低质量行星的快速向内迁移。这项工作的目的是研究的性质，行星系所产生的寡头增长，在这样的磁盘。我们适应常用的水星-6辛积分，包括简单的处方行星迁移（I型和II型），行星大气，提高了由原行星，气体吸积到形成行星核，和气体盘分散的星子吸积的概率。我们进行了一系列的模拟与幂律的表面密度和温度分布的各种磁盘模型，重点是模型中，不饱和的共转扭矩可以驱动原行星向外迁移。在某些模型中，我们考虑到了行星轨道偏心时产生的共转力矩的淬灭。我们的模拟结果中，大约有一半成功地形成了具有广泛质量和半长轴的气体巨行星。我们的结论是，收敛迁移引起的共转力矩操作在行星形成可以提高行星核心的增长率，但这些往往迁移到中央恒星，因为共转力矩饱和。中等质量的行星核心的外移可能导致在距离中心恒星很远的地方形成气体巨行星，类似于最近通过直接成像调查观察到的情况。然而，在寡头增长期间，通过行星-行星散射激发行星偏心率可能会抑制共转扭矩的影响，因此向内迁移是由Lindblad扭矩驱动的。
2011-12-13 astro-ph.EP
Architectures of planetary systems formed by pebble accretion
在行星吸积的模型中，卵石是由尘埃凝结而成，并迅速向中心恒星迁移。微行星可能是在原行星盘的年龄以上，以尚未确定的机制，由卵石连续形成的。与此同时，大型行星胚胎通过积累未合并到星子中的剩余鹅卵石而有效地生长。虽然这个过程被称为卵石吸积，为巨行星核心的形成提供了一条新的有希望的途径，但通过这个过程形成的行星系的结构仍然难以捉摸。在本文中，我们使用基于粒子的混合代码，我们尽可能精确地实现大多数关键的物理效应的行星系的形成进行模拟。我们改变了原行星盘的大小，湍流粘性，卵石的大小，星子的形成效率，和星子的初始质量分布。我们的模拟结果表明，如果微行星的初始尺寸为$100$ km或更小，它们首先通过相互碰撞生长。一旦微行星的尺寸达到$\sim$ 1000 km，它们就通过卵石吸积有效地生长。如果在一个大的原行星盘中，来自外部区域的卵石供应持续很长一段时间，行星胚胎变得足够大，开始失控的气体吸积，导致气体巨行星。我们的模拟表明，像我们这样的行星系是由具有中等高湍流粘度的原行星盘形成的。如果气盘的湍流粘性足够低，行星会在气盘中打开一个缺口，甚至在跑道气体吸积开始之前就停止了卵石的吸积。这样一个圆盘产生了一个行星系，其中有几个海王星大小的行星。
2018-04-16 astro-ph.EP
Two-Dimensional Study of the Propagation of Planetary Wake and the Indication to Gap Opening in an Inviscid Protoplanetary Disk
利用二维局域剪切片模型，分析了含原行星的无粘原行星盘中间隙形成的物理过程。螺旋密度波由行星激波发射，波携带的角动量被传递到背景流中。角动量的交换会影响行星附近的质量通量，从而在行星轨道周围形成一个密度不足的区域或间隙。我们首先进行弱非线性分析表明，由密度波的冲击耗散所形成的特定涡度可以是行星附近的质量通量的来源，并且即使对于低质量行星也可以打开间隙，除非行星的迁移是实质性的。然后，我们进行高分辨率的数值模拟，以检查分析的考虑。通过比较能隙开放时间尺度和I型迁移时间尺度，我们提出了一个与以往研究有质的不同的关于行星轨道周围欠密区形成的判据.如果我们将I型迁移时间尺度的标准值结合起来，行星形成倾角所需的最小质量是以前研究的两倍，但是如果在圆盘中有一个I型迁移停止的位置，它可以小得多。
2010-09-25 astro-ph.EP
Composition of Early Planetary Atmospheres II: Coupled Dust and Chemical Evolution in Protoplanetary Disks
我们提出了一系列论文中的下一步，致力于将形成行星的大气成分与它们出生时进化的原行星盘的化学成分联系起来。这里提出的模型计算耦合的化学和尘埃的磁盘的演变和形成的三个行星的磁盘模型。我们的三个典型的行星陷阱产生了一个接近1 AU的木星，一个热木星和一个超级地球。我们研究了最终的轨道半径，质量和大气化学的行星形成在磁盘模型与初始磁盘质量的变化0.02 $M_\odot$以上和以下我们的基准模型（$M_{disk,0} = 0.1 ~M_\odot$）的依赖性。我们计算了在我们的3个模型中形成的大气层的C/O和C/N，发现C/O $_{\rm planet}\sim$ C/O $_{\rm disk}$在我们的模型中形成的不同行星之间没有强烈的变化。大气中的氮含量在不同的圆盘模型中生长的行星中可能会有所不同。这些差异与行星的形成历史、行星吸积大气的时间和位置有关，并编码在NH $_3$的大量丰度中。这些结果表明，未来的观测大气NH $_3$和行星的C/O和C/N的估计可以告知特定的行星系的形成历史。
2017-05-05 astro-ph.EP
Probing dynamical processes in the planet forming region with dust mineralogy
我们提出了赫歇尔空间天文台PACS光谱的GQ Lup，一个原行星盘在狼疮恒星形成区。通过对0.3μm ~ 1.3mm的SED拟合，我们建立了该系统的温度和密度结构的自洽模型，发现虽然该系统已有300万年的历史，但其尘埃并未沉降到中平面。该磁盘具有径向梯度的硅酸盐粉尘的组成和粒度，与大的无定形颗粒在上层的内盘和增强的亚微米，在外盘的晶粒。我们在63μm附近的Herschel PACS B2 A波段检测到过量的发射，并将其与{ \sim }15至70μm结晶水冰粒的组合进行建模，这些冰粒的尺寸分布与冰再冷凝增强的颗粒生长一致，质量分数为太阳系的一半。结晶水冰和硅酸盐在外盘的组合暗示了盘宽加热事件或星子碰撞。如果得到证实，这将是赫歇尔首次探测到水冰。
2012-09-25 astro-ph.EP astro-ph.SR
Architecture of planetary systems predicted from protoplanetary disks observed with ALMA II: evolution outcomes and dynamical stability
最近ALMA对盘亚结构的观测表明，在大量的盘中存在嵌入式原行星。这些行星系的原始配置可以推断出从磁盘子结构的形态，并作为初始条件的数值研究其未来的演变。从12个由ALMA盘导出的多行星系的初始构型出发，采用两阶段N体模拟方法研究了行星系在盘阶段的演化以及盘消散后的长期轨道稳定性。在盘阶段，我们的模拟包括轨道迁移和卵石/气体吸积效应。我们发现产生了各种各样的行星系，可以分为遥远的巨行星、类海王星行星、类海王星行星和遥远的小行星。我们发现，盘阶段的演变以及最终的配置是敏感的初始质量分配和粘度。在圆盘阶段之后，我们只实现恒星和行星之间的相互引力，并引入随机扰动力。所有系统都集成了高达10 Gyr，以测试其轨道稳定性。大多数行星系至少在10 Gyr内是稳定的，其摄动力在合理的范围内。我们的结果意味着，一个强扰动源，如恒星飞掠需要驱动的行星系不稳定。我们讨论了我们的研究结果对盘和行星观测的影响，这可能会被下一代望远镜，如JWST和ngVLA证实。
2022-04-19 astro-ph.EP
Early formation of planetary building blocks inferred from Pb isotopic ages of chondrules
原始陨石中最丰富的成分是由太阳原行星盘中的瞬时熔化事件形成的毫米大小的玻璃球形球粒。使用22个单独的陨石球粒的Pb-Pb测年，我们表明，在早期太阳系的陨石球粒的主要生产被限制在第一个百万年后，太阳的形成，这些现有的陨石球粒回收的剩余寿命的原行星盘。这与原行星盘早期高质量吸积阶段的主要球粒形成事件相一致，该阶段过渡到球粒改造的较长时期。早期大量的球粒提供了必要的前体物质，通过球粒吸积驱动行星物体的有效和快速形成。
2017-08-08 astro-ph.EP
Comet-like mineralogy of olivine crystals in an extrasolar proto-Kuiper belt
一些行星系中存在着含有小行星和彗星等微行星的碎片盘。这类天体之间的碰撞会产生小的尘埃粒子，其光谱特征揭示了它们的组成，从而揭示了它们的母体。对原行星盘HD 100546和行星系温暖内部的橄榄石晶体进行了成分测量。后者与小行星中富含铁的橄榄石相比（x<0.29）。在与年轻的太阳系类似的β-Picture星系的寒冷外围，橄榄石晶体被探测到，但其成分仍未确定，因此无法将大部分太阳系彗星橄榄石颗粒的成分与太阳系外彗星的成分进行比较。在这里，我们报告的69微米波段的橄榄石晶体的光谱中的Beta Piccadine的检测。由于该盘在光学上很薄，我们可以将这些晶体与距离恒星15-45个天文单位（一个天文单位是日地距离）的太阳系外原柯伊伯带联系起来，确定它们富含镁的成分（x=0.01+/-0.001），并表明它们占尘埃总质量的3.6+/-1.0%。这些数值与太阳系中最原始的彗星所释放的尘埃惊人地相似，尽管毕赤星质量更大，亮度更高，并且具有不同的行星系结构。
2012-11-12 astro-ph.EP astro-ph.SR
Maximum Temperatures in Evolving Protoplanetary Discs and Composition of Planetary Building Blocks
原行星盘内的最高温度和径向温度分布对盘内不同元素的凝聚具有重要意义。我们模拟了一组原行星盘的演变，从他们的祖先分子云核心的崩溃，以及在光盘的尘埃去耦，因为他们的演变。我们展示了云核的初始性质如何影响使用一个简单的粘性盘模型的原行星盘的热历史。我们的研究结果表明，在光盘中的最大中面温度发生在0.5 AU。它随云的初始温度而增大，随云的角速度和圆盘的粘性而减小。从观测到的分子云核的性质，我们发现最高温度的中值约为1250 K，其中大约90%低于1500 K --这个值低于大多数耐火元素的50%冷凝温度。因此，只有具有高初始温度或低角速度和/或行星形成盘内的低粘度的云核才会产生富耐火性的星子。为了重现CM、CO和CV星系和太阳系中的类地行星的挥发性耗尽模式，人们必须要么具有初始分子云核心的罕见特性，如高核心温度，要么具有其他能源来加热圆盘到足够高的温度。或者，在这些挥发物中观察到的挥发物消耗可能是从祖先分子云遗传的。
2022-01-17 astro-ph.EP
The aeolian-erosion barrier for the growth of metre-size objects in protoplanetary-discs
风成侵蚀是一种破坏性过程，可通过与气体环境的相互作用侵蚀小型行星物体。风成侵蚀作用于广泛的环境和各种条件。在类地行星的地球物理学背景下，对风成侵蚀进行了广泛的探索。在这里，我们表明，原行星盘中的鹅卵石，巨石和小星子的风蚀可以构成行星形成早期阶段的一个重要障碍。我们使用的分析计算表明，在原行星盘的条件下，小天体（$10-10^4 \rm{m}$）是非常容易受到气体阻力的风沙侵蚀。在这个尺寸范围内，风成侵蚀可以有效地将星子侵蚀到几十厘米大小，并抑制这种小天体的进一步生长。因此，这对建议用来缓解米级障碍的通道造成了潜在的困难。然而，一旦/如果盘中存在较大的微行星和行星胚胎，则由风成侵蚀产生的$\sim$分米大小的鹅卵石可能会通过增加鹅卵石吸积的效率来促进较大（>km大小）微行星和行星胚胎的生长。
2020-06-24 astro-ph.EP
Architecture of three-planet systems predicted from the observed protoplanetary disk of HL Tau
ALMA观测到的一些原行星盘可能为行星系的初始条件提供了直接的例子。特别是，HL Tau盘已经被深入研究，它的环/间隙通常被解释为嵌入间隙中的不可见的大质量行星的结果。基于这一解释，我们进行了N体模拟研究行星的轨道演化的原行星盘内和磁盘分散后。在盘分散之前，我们的N体模拟包括行星的迁移和质量增长以及盘的演化。通过改变盘的参数，我们产生了各种广泛分离的行星系组成的三个超级彗星在盘分散结束。我们发现外行星的质量比内行星大，由于外行星的吸积，最内行星的迁移效率很低。我们还展示了最终的配置和最终的行星质量如何取决于磁盘参数。迁移被发现是收敛的，没有行星对的周期比小于2。在磁盘分散之后，我们切换到纯引力N体模拟，并将轨道积分到10 Gyr。大多数模拟系统至少在10 Gyr内保持稳定。我们讨论的影响，我们的结果中观察到的广泛分离的行星系HR 8799和PDS 70。
2020-02-19 astro-ph.EP
On the planetary interpretation of multiple gaps and rings in protoplanetary disks seen by ALMA
最近有人提出，ALMA在许多原行星盘中发现的多个同心环和间隙可能是由一颗行星产生的，这是它在盘中激发的多个螺旋密度波复杂传播和消散的结果。验证这一想法的数值计算工作主要利用了所谓的局部等温近似与规定的磁盘温度分布。然而，在原行星盘中，这种近似不能提供几十个金尺度上的密度波动动力学的精确描述。此外，我们表明，局部等温模拟往往高估了环和间隙功能的对比度，以及歪曲他们的位置，相比，在模拟中的能量方程是明确的演变。这一结果是由局部等温圆盘中线性扰动的角动量通量不守恒引起的。我们证明了这种效果使用模拟的局部等温和绝热磁盘（基本上相同的温度分布），并显示如何尘埃分布，探测毫米波长观测，这两种情况下不同。因此，局部等温模拟可能低估了ALMA观察到的数十个Au尺度上的多个间隙和环形成的行星质量。我们建议，在使用局部等温模拟探索行星盘相互作用，以及在天体物理磁盘中的波动现象的其他研究中，应谨慎。
2019-05-20 astro-ph.EP
Gas flow around a planet embedded in a protoplanetary disc: the dependence on the planetary mass
行星周围气流的三维结构被认为会影响气体和固体物质的吸积。特别是中平面区域的外流可能会阻止固体物质的吸积，延缓超级地球核心的形成。然而，目前还不清楚流场的性质和流出速度如何作为行星质量的函数而变化。在这项研究中，我们调查的行星周围的气体流嵌入在原行星盘上的行星质量的依赖性。假设一个等温的，无粘性的气体盘，我们进行三维流体动力学模拟的球形极网格，其中有一个行星位于其中心。我们发现，气体进入邦迪或希尔球在高纬度和退出通过中平面区域的磁盘，而不管假设的无量纲行星质量$m=R_{\rm Bondi}/H$，其中$R_{\rm Bondi}$和$H$是邦迪半径的行星和磁盘的规模高度，分别。气体主要进入包层的高度随着行星质量的变化而变化。流出速度可以表示为$|u_{\rm out}|=\sqrt{3/2}mc_{\rm s}$ $(R_{\rm Bondi}\leq R_{\rm Hill})$或$|u_{\rm out}|=\sqrt{3/2}(m/3)^{1/3} c_{\rm s}$（$R_{\rm Bondi}\geq R_{\rm Hill}$），其中$c_{\rm s}$是等温声速，$R_{\rm Hill}$是希尔半径。行星周围的外流可能会减少尘埃和鹅卵石在行星上的吸积，当$m\gtrsim\sqrt{\rm St}$，其中St是斯托克斯数。我们的研究结果表明，超级地球的原核周围的…
2019-01-24 astro-ph.EP
Architecture of planetary systems predicted from protoplanetary disks observed with ALMA I: mass of the possible planets embedded in the dust gap
最近的ALMA观测已经在原行星盘中发现了各种各样的尘埃间隙，这些尘埃间隙通常被解释为是由未观测到的行星产生的。预测这种嵌入式行星的质量对于将这些磁盘结构与观察到的系外行星多样性进行比较至关重要。然而，这种预测依赖于这样的假设，即相同的间隙结构是单独存在于粉尘组分中还是也存在于气体组分中。我们假设一颗行星只有在其质量超过卵石隔离质量时才能在气体成分中打开一个缺口，考虑核心吸积的情况。然后，我们提出了两个标准来区分，如果一个间隙是单独在尘埃盘或气体间隙，以及当气体剖面的观测数据不可用。我们应用的标准，35磁盘系统，共55个缺口编制从以前的研究，并将每个缺口分为四个不同的组。对观测到的间隙进行分类，使我们能够以与卵石隔离质量一致的方式预测嵌入式行星的质量。我们发现，外部的差距主要是灰尘单独，而内部的差距更有可能是与气体的差距以及。这种嵌入式行星的分布与观测到的行星系的结构非常不同，这表明在它们的演化过程中需要显著的向内迁移。
2021-10-31 astro-ph.EP
The effect of core formation on surface composition and planetary habitability
一个分化的行星地幔的熔融生产力主要由其铁含量控制，而铁含量本身近似于行星的核心质量分数（CMF）。在这里，我们表明，估计系外行星的CMF允许强大的预测的厚度，成分和矿物学的衍生地壳。这些预测的地壳成分允许限制放置在表面和深层行星内部之间的挥发性循环，与可居住的行星表面的演变的影响。具有大型类地CMF（$\geq$ 0.32）的行星将呈现出薄壳，无法有效地将地表水和其他挥发物输送到下面的地幔中。相比之下，具有较小CMF（$\leq$ 0.24）和更高，类似火星的地幔铁含量的岩石行星将发展能够稳定含水矿物的厚壳，这可以有效地将挥发物隔离到行星内部，并在与演化相关的时间尺度上去除表面水。核心形成的程度对随后的行星表面环境有着深远的影响，并可能为寻找可居住的类地系外行星提供额外的限制。
2021-04-21 astro-ph.EP
Inside-Out Planet Formation. VII. Astrochemical Models of Protoplanetary Disks and Implications for Planetary Compositions
由内而外的行星形成（IOPF）提出，在与死区内边界（DZIB）相关的最大压力下，大量的靠近超级地球和迷你海王星系统就地形成。我们提出了一个原行星盘中平面的物理和化学演化模型，该模型遵循气体平流、卵石的径向漂移和气体颗粒化学，以预测从300 Au到DZIB附近0.2 Au的丰度。我们考虑与IOPF相关的典型磁盘属性，即，吸积速率1 E-9 < dM/dt /（Msun/yr）<1 E-8，粘性参数α = 1 E-4，演化基准期t = 1 E-5年。对于外部，冷盘区域，我们发现，C和高达90%的O核开始锁定在CO和O2冰，这使得CO2和H2O的丰度低一个数量级。径向漂移的冰卵石是有影响力的，气相丰度的挥发物增强到两个数量级的冰线，而外盘成为耗尽的灰尘。随着吸积速率的降低，恒星逐渐冷却，这使得冰线更接近恒星。在<~1 au时，平流模型产生富含水的气体，C/O比<~ 0.1，这可能是通过IOPF形成的行星大气继承的。对于由卵石吸积建造的行星内部，IOPF预测了挥发性贫乏的成分。然而，平流增强的挥发物质量分数~10%，可以发生在水冰线。
2022-09-13 astro-ph.EP
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
Dust in Protoplanetary Disks: A Clue as to the Critical Mass of Planetary Cores
原行星盘中的尘埃被认为是行星的组成部分。在核心吸积的情况下，尘埃盘（或金属丰度）的丰度对于形成气体巨星的核心至关重要。本文介绍了近年来我们在金属丰度与行星形成关系方面的研究进展，其中对行星形成频率（PFF）和启动气体吸积的行星核临界质量（$M_{c,crit}$）进行了统计检验。我们专注于三种不同的行星种群，它们在质量半长轴图中对观测到的系外行星很突出：热彗星，人口密集在1 AU左右的系外彗星，以及轨道紧凑的低质量行星。我们发现，由此产生的PFF为两个类木行星的金属丰度呈正相关，而低质量的行星有效地形成了广泛的金属丰度。这与观测到的行星-金属丰度相关性是一致的。通过对$M_{c,crit}$（定义为$<M_{c,crit}>$）的统计平均值的分析，我们发现这种相关性来源于两类木行星的$<M_{c,crit}>$随金属丰度的增加而稳定增加的行为，而小质量行星的$<M_{c,crit}>$的值相当恒定。这种$<M_{c,crit}>$的差异可以定义过渡金属丰度（transition metallicity，TM），高于TM的类木行星比低质量行星获得更大的$<M_{c,crit}>$值，因此气体巨星的形成更有效。我们发现，TM是敏感的重要参数，涉及$M_{c,crit}$。通过与观测结果的比较，我们发现$M_{c,crit}$最可能的值是$\simeq 5M_{\oplus}$，它小于文…
2014-01-30 astro-ph.EP
Meridional Circulation driven by Planetary Spiral Wakes in Radiative and Magnetized Protoplanetary Discs
本文首次通过辐射磁流体力学模拟研究木星质量行星形成，发现行星螺旋尾流驱动的经向环流在不同设置下一致，并揭示了磁场湍流粘滞对间隙打开和吸积变化性的关键影响。
2023-05-13 astro-ph.EP
A new metric to quantify the similarity between planetary systems - application to dimensionality reduction using T-SNE
行星形成模型现在经常考虑行星系的形成，每个系统都有不止一颗行星。这就提出了如何以方便的方式表示行星系的问题，（例如为了可视化的目的）以及如何定义两个行星系之间的相似性，例如比较模型和观测结果。我们定义了一个新的度量来推断两个行星系之间的相似性，根据属于这些系统的行星的属性。然后，我们比较了行星系的相似性与它们形成的原行星盘的相似性。我们首先定义了一个新的基于混合高斯的度量，然后使用这个度量应用降维技术，以便在二维空间中表示行星系（这应该在高维空间中表示）。这使我们能够研究行星系群体的结构及其与形成行星系的原行星盘特征的关系。我们表明，新的度量可以帮助找到潜在的结构人口的行星系。此外，我们在本文中定义的行星系之间的相似性与这些系统形成的原行星盘之间的相似性相关。最后，我们比较了一组观测到的系外行星的系统间距离的分布，从两个模型中获得的分布：人口合成模型，和一个模型，其中行星系是通过随机挑选合成行星。所观察到的分布示出更接近一个来自人口合成模型比随机系统。
2019-01-28 astro-ph.EP
Torques Induced by Scattered Pebble-flow in Protoplanetary Disks
行星核心的快速向内迁移是当前行星形成范式中的一个常见问题。尽管尘埃在原行星盘中无处不在，但它在行星胚胎迁移历史中的动力学作用尚未得到评估。在这封信中，我们表明，由低质量行星胚胎引起的散射球流导致了不对称的尘埃密度分布，能够施加净扭矩。通过分析一个大型的多流体流体动力学模拟解决磁盘和低质量行星之间的相互作用在一个固定的圆形轨道，并忽略尘埃反馈到气体，我们确定了两个不同的制度，气体和重力为主，分散的球流结果在几乎所有情况下，在正扭矩。我们收集我们的测量在第一个扭矩图的尘埃盘，这将使人口合成模型的尘埃动力学迁移的影响纳入。根据尘埃漂移速度、尘埃-气体质量比/分布和胚胎质量，尘埃引起的扭矩有可能阻止行星核心向内迁移，甚至诱导行星核心快速向外迁移。因此，我们预计，尘埃驱动的迁移可能在行星的形成历史中发挥主导作用。由于尘埃扭矩与磁盘金属丰度的比例，我们建议，尘埃驱动的向外迁移可能会提高遥远的巨行星在高金属丰度系统的发生。
2018-11-22 astro-ph.EP
Density Waves Excited by Low-Mass Planets in Protoplanetary Disks I: Linear Regime
嵌入在原行星盘中的行星激发的密度波在行星迁移和间隙打开过程中起着核心作用。我们进行了二维剪切片模拟研究的线性政权波的演变与基于网格的代码雅典娜，并提供详细的比较与理论预测。选择低质量行星（在1天文单位时低至约0.03地球质量）和高空间分辨率（每标度高度256个网格点）来减轻波非线性的影响。为了补充现有的数值研究，我们专注于主要的物理变量，如波的空间分布，扭矩密度，和波携带的角动量通量，而不是次要的量，如行星迁移率。我们的研究结果表明，在物理和傅立叶空间的百分比水平与理论一致。发现并讨论了远离行星的转矩密度符号变化等新现象。此外，我们探讨的数值算法的效果，并发现，高精度，高分辨率，和一个准确的行星势是至关重要的，以实现良好的协议与理论。我们发现，使用一个太大的时间步长，没有适当解决的动力学时间尺度周围的行星产生不正确的结果，并可能导致虚假的间隙开放。违反这一要求的行星迁移和间隙开放的全球模拟可能会受到虚假效应的影响，例如导致不正确的行星迁移速率和间隙开放质量。
2011-10-14 astro-ph.EP
Substructures in protoplanetary disks imprinted by compact planetary systems
在原行星盘中观察到的子结构可能是嵌入行星雕刻间隙或创造漩涡的路标。这些行星的推断质量通常落在木星的范围内，尽管与低质量行星相比，它们的丰度较低，部分原因是以前的工作通常假设单个子结构（间隙或漩涡）是由单个行星引起的。在这项工作中，我们研究了由海王星类行星（$\sim10-30\;M_\oplus$）组成的紧凑系统的可能印记，并表明当它们的行星际分离（$Δa$）低于$\sim8$乘以$H_{\rm p}$ -行星位置的平均磁盘尺度高度时，长期存在的漩涡是一个普遍的结果。在单个行星无法产生长寿命涡旋的模拟中，两个行星系统可以在两种情况下至少在$5,000$轨道上保留它们：i）对于最紧凑的行星对，在稳定的拉格朗日点$L_4$和$L_5$周围具有细长涡旋的完全共享密度间隙（$Δa \lesssim 4.6\; H_{\rm p}$）; ii）部分共享的差距更广泛的行星（$Δa \sim 4.6 - 8\;H_{\rm p}$）形成的涡旋密度环之间的行星通过罗斯贝波不稳定性。后一种情况可以产生宽高比范围小到$\sim3$的涡旋，并且可以发生在行星盘宽高比为$h\gtrsim 0.033$（$h\gtrsim 0.057$）的行星被捕获到3：2（2：1）的平均运动共振中。我们认为它们的长寿命是由邻近行星发射的螺旋密度波的相互作用维持的。总的来说，我们的研究结果表明，具有海王星质量行星的紧凑系统…
2022-04-19 astro-ph.EP
Constrained Evolution of a Radially Magnetized Protoplanetary Disk: Implications for Planetary Migration
我们认为内部$\sim$ AU的一个原行星盘（PPD），在一个阶段，角动量输运驱动的混合径向磁场到磁盘从T-金牛星风。由于施加的磁场的径向轮廓受到很好的约束，因此盘质量流量的确定性计算成为可能。在论文I中得到的垂直盘的轮廓意味着一个更强的磁化在内部磁盘，更快的吸积，和长期的磁盘材料耗尽。向内传输的固体允许磁盘保持广泛的光吸收层，即使当颗粒丰度变得太小，以抑制其电离。因此，即使PPD的质量分布与最小质量太阳星云完全不同，它也可能显示出强烈的中到近红外光谱过剩。磁盘表面密度缓冲在$\sim 30$ g cm $^{-2}$：低于此值，X射线在中平面触发足够强的磁旋转湍流，使磁盘中mm-cm大小的颗粒升高，然后发生灾难性的碎片化。一个尖锐的密度梯度边界内耗尽盘，并向外传播到$\sim 1$-2 AU超过几个百万年。地球质量的行星在类似的时间尺度内通过内盘迁移，而彗星的迁移则受到气体供应的限制。气体介导的迁移必须在0.04天文单位之外停止，在那里硅酸盐升华，磁盘转移到一个低得多的柱。当MRI活性层中的灰尘/气体比低于$X_d \sim 10^{-6}(a_d/μ{\rm m})$时，出现过渡盘，其中$a_d$是晶粒尺寸。
2015-10-14 astro-ph.EP
Depletion of gaseous CO in protoplanetary disks by surface-energy-regulated ice formation
原行星盘基本性质的经验约束对于理解行星形成和行星性质是必不可少的（1，2）。一氧化碳（CO）气体通常用于限制磁盘属性（3）。然而，估计表明，相对于预期值（4，5，6，7），盘中的CO气体丰度是耗尽的，并且影响CO丰度的各种盘过程的模型无法解释观察到的100万年时间尺度上的这种耗尽（8，9，10，11，12，13，14）。在这里，我们表明，表面能的影响，如开尔文效应，在磁盘上的颗粒，冰非均质成核到现有的颗粒时出现可以有效地捕获CO在其冰相。在以前的冰形成模型中，当小的冰包裹的颗粒被吹到温暖的磁盘层时，CO气体被释放出来。我们的模型可以再现在四个研究最多的原行星盘中观测到的气态CO的丰度、分布和时间演化（7）。我们限制固体和气体CO库存在中平面和磁盘扩散系数和解决不一致的磁盘质量的估计-三个关键参数，控制行星的形成。
2022-08-29 astro-ph.EP
Natural separation of two primordial planetary reservoirs in an expanding solar protoplanetary disk
陨石显示非碳（NC）和碳（CC）组之间的同位素组成二分法，表明在太阳原行星盘的星子形成发生在两个不同的水库。流行的观点是，一个快速形成的木星充当了这些水库之间的屏障。在这个模型中，我们发现了一个根本的不一致：如果木星是一个有效的漂流卵石块，那么内部NC水库耗尽径向漂移几十万年。如果木星让物质通过它，那么这两个水库将混合。相反，我们证明了到达的CC卵石在内盘延迟了几百万年的粘性膨胀的原行星盘。我们的研究结果支持木星形成于外盘（>10 AU），并允许相当数量的CC物质通过它，并被类地行星吸积。
2022-04-22 astro-ph.EP astro-ph.SR
The minimum mass of detectable planets in protoplanetary discs and the derivation of planetary masses from high resolution observations
我们调查的最小行星质量，产生可观察到的红外散射光和submm连续图像的签名，并演示如何使用这些图像来测量行星质量的一个因素内约两个。为此，我们进行多流体气体和尘埃模拟磁盘包含低质量的行星，产生模拟观测在$1.65 μ$ m，$10 μ$ m和$850 μ$ m。我们表明，产生可检测的签名的最小行星质量是$\sim 15 M_\oplus$：这个值是强烈依赖于光盘的温度和波长略有变化（有利于submm）。我们还证实了以前的结果，有一个最小的行星质量的$\sim 20 M_\oplus$，产生的压力最大的光盘：只有行星超过这个阈值质量产生的尘埃陷阱，最终可以创建一个洞的submm灰尘。在这个质量以下，行星会在行星外部产生环形尘埃增强，并在行星附近减少。这些特征处于稳定状态，并且可以根据由扰动的气体压力径向分布施加的灰尘径向速度的变化来理解，类似于交通堵塞。我们还展示了如何从散射光和亚毫米图像的结构中获得行星质量。我们强调，使用尘埃的模拟需要在数千个行星轨道上运行，以便使气体分布达到稳定状态，并警告不要使用仅气体模拟来估计行星质量。
2016-03-07 astro-ph.EP
Disk Inhomogeneities and the Origins of Planetary System Architectures and Observational Properties
最近的高分辨率观测表明，原行星盘具有各种结构性质或不均匀性。这些是在圆盘中发生的许多物理和化学过程的混合物的结果。在这里，我们讨论我们的全面调查的结果，磁盘的不均匀性如何影响行星迁移。我们证明，磁盘的不均匀性引起行星陷阱-特定的网站在原行星盘的快速I型迁移停止。我们发现，多达三种类型的陷阱（热转换，冰线和死区）可以存在于一个单一的磁盘，它们移动不同的磁盘吸积率随时间的推移而下降。我们还表明，行星陷阱的位置强烈依赖于恒星质量和磁盘吸积率。这表明宿主星建立了它们的行星系的优先（初始）尺度。最后，我们讨论了可能的观测签名磁盘的不均匀性。
2013-08-16 astro-ph.EP
Dynamical Excitation as a probe of planetary origins
University of California Los Angeles（加州大学洛杉矶分校）；California Institute of Technology（加州理工学院）
本研究通过含恒星磁场塑造的渐变内边界原行星盘的数值模拟，证明致密行星系统的结构、偏心率等特征可由盘迁移过程解释，且比传统内边界模型更符合观测。
2025-10-01 astro-ph.EP
Migrating Low-Mass Planets in Inviscid Dusty Protoplanetary Discs
圆盘驱动的行星迁移是行星系形成的一个组成部分。在标准的以气体为主的原行星盘中，低质量行星或行星核心经历快速向内迁移，并丢失到中心恒星。然而，最近的几项研究表明，原行星盘中的固体成分可以对盘-行星相互作用产生显着的动力学影响，特别是当固体与气体的质量比接近1或更大时，尘埃对气体的拖曳力变得显着。由于有几种方法可以提高原行星盘中的固体丰度，例如通过盘风和压力隆起中的尘埃捕获，因此了解行星如何通过尘埃环境迁移是很重要的。为此，我们通过一套系统的高分辨率，二维数值模拟研究行星在尘埃丰富的磁盘迁移。我们表明，低质量行星的向内迁移可以减缓尘埃动力学共转力矩。我们还确定了一个新的制度，随机迁移适用于磁盘的灰尘与气体的质量比$\gtrsim 0.3$和粒子斯托克斯数$\gtrsim 0.03$。在这些情况下，盘-行星的相互作用导致小规模的持续发展，强烈的尘埃漩涡分散了行星，这可能会阻止甚至逆转向内的行星迁移。我们简要讨论了我们的结果的观测意义，并强调了未来工作的方向。
2020-07-16 astro-ph.EP
Assembly of Protoplanetary Disks and Inclinations of Circumbinary Planets
开普勒卫星已经发现了许多围绕近距离双星运行的行星。这些环双星系统有高度对齐的行星和双星轨道。本文探讨了行星和双星轨道之间的相互倾角如何反映原行星盘组装的物理条件以及原双星和环双星盘之间的相互作用。由于形成恒星的分子云的湍流性质，落在环双星盘和中央原恒星双星盘外部区域的气体可能有不同的旋转轴。因此，新组装的环二进制磁盘可能会相对于二进制文件错位。然而，来自双星的引力扭矩会使星盘产生扭曲，反作用扭矩会使星盘和双星轨道平面对齐。我们提出了一个新的，分析计算这种对齐扭矩，并表明，二进制磁盘倾角可以明显减少后，二进制吸积的百分之几，其质量从磁盘。我们的计算表明，在没有其他干扰的情况下，环绕双星盘和行星周围的近（亚AU）恒星双星，其中质量吸积到原二进制是非常可能发生的，预计将高度对准的二进制轨道，而磁盘和行星周围的宽二进制可能会错位。测量环联行星系的相互倾角可以为这类系统的诞生环境提供线索。
2013-04-18 astro-ph.EP
Dust Ejection from Planetary Bodies by Temperature Gradients: Laboratory Experiments
实验室的实验表明，在气体环境中的尘埃体喷射尘埃粒子，如果他们被照亮。我们发现，当光源关闭时，会发生更强烈的尘埃喷发。我们把这归因于气体的压缩热蠕变响应于顶部尘埃层中不断变化的温度梯度。在13 kW/（m * m）的光通量和1 mbar的环境压力下研究了该效果。这种效应适用于原行星盘和火星。在原行星盘的内部，星子会被侵蚀，特别是在旋转体的终结点。这导致产生灰尘，然后灰尘可以朝向盘边缘或外部盘区域输送。产生的尘埃可能构成太阳系外原行星盘中观测到的温暖尘埃的重要部分。我们估计100米母体的侵蚀速率约为1公斤/秒。这些尘埃也可能在不同位置或现有的原行星上促进随后的行星生长，这些原行星足够大，不容易受到光诱导喷射的粒子损失。由于喷射，微行星和较小的天体将被加速或减速，并分别向外或向内漂移。这种效应也可以解释火星上沙尘暴中的尘埃夹带，特别是在高海拔地区，单靠气体阻力可能不够。
2011-02-22 astro-ph.EP
Forming the cores of giant planets from the radial pebble flux in protoplanetary discs
行星核心的形成必须迅速进行，以便巨行星在原行星气盘（<300万年）消散之前吸积它们的气体包层。在超过10天文单位的轨道上，核心直接积累星子的速度太慢了。微行星的碎片可以更快地被吸积，但是微行星可能太大而不能有效地碎裂，共振捕获构成了另一个障碍。在这里，我们而不是调查小卵石（毫米厘米大小）的增长和粒子的径向漂移之间的平衡的自然结果的吸积。我们构建了一个简化的分析模型的灰尘凝聚和卵石漂移在外盘，5 AU和100 AU之间，这给出了固体表面密度和占主导地位的颗粒尺寸的时间演变。这两个关键量决定了在不同的轨道距离上核心的生长是如何进行的。我们发现，卵石的表面密度足够高，以实现由内而外形成的行星核心内光盘的寿命。尘埃转化为行星的整体效率可能很高，对于类似于太阳系的行星结构来说接近50%。在外盘的卵石吸积的增长是足够快，以克服灾难性的I型迁移的核心。这些结果需要原行星盘具有较大的径向范围（~100 AU），并假设初始种子胚的数量较少。我们的研究结果表明，低质量恒星（<1 M_太阳）周围的低质量原行星盘，或亚太阳尘埃与气体的比例，不容易形成气体巨行星（M > 100 M_E），但优先形成海王星质量或更小的行星（< 10 M_E）。这与系外行星的调查结果一致，这些调查显示，气体巨星在低质量或低金属含量的恒星周围相对罕见。
2016-04-04 astro-ph.EP
Under the light of a new star: evolution of planetary atmospheres through protoplanetary disc dispersal and boil-off
本文通过自洽模型研究原行星盘消散期间沸腾剥离与核心供能质量损失对行星大气演化的影响，揭示大气最终质量分数由冷却与盘消散时标比、核心质量和平衡温度决定，并预测盘消散过程中会出现群体层面的半径间隙。
2024-02-21 astro-ph.EP
Bifurcated Evolutionary Pathways in Multi-planet Systems Driven by Misaligned Protoplanetary Disks
本研究揭示错位原行星盘与恒星扁率导致多行星系统分叉演化：低错位角产生共面低斜度系统，高错位角引发非绝热转变、激发链失稳，预测幸存系统与开普勒观测一致。
2025-04-11 astro-ph.EP
In situ accretion of gaseous envelopes on to planetary cores embedded in evolving protoplanetary discs
核心吸积假说认为，具有显著气体包层的行星在岩石/冰核形成后从原行星盘吸积它们。观测表明，这样的系外行星存在于广泛的轨道半径范围内，但不知道它们是否在原地吸积了它们的包层，或者起源于其他地方并迁移到它们目前的位置。我们认为嵌入在不断发展的粘性光盘，进行气体信封吸积原位轨道半径范围内$0.1-10\rm au$的固体核心的演变。此外，我们确定长期演化的行星，没有失控的气体吸积阶段后盘分散。我们发现：（1）具有$5 \rm M_{\oplus}$核的行星不会发生失控吸积。最大的包层包含了$2.8 \rm M_{\oplus}$，行星的轨道是$10 \rm au$。(ii)在$10 \rm M_{\oplus}$和$15 \rm M_{\oplus}$内核上的增加更有效。对于轨道半径$a_{\rm p} \ge 0.5 \rm au$，$15 \rm M_{\oplus}$核心总是经历失控的气体吸积。对于$a_{\rm p} \ge 5 \rm au$，除了一个核心之外，所有的$10 \rm M_{\oplus}$核心都经历了失控的气体吸积。没有行星在$a_{\rm p} = 0.1 \rm au$经历过失控的增长。(iii)我们发现，光盘分散后，行星与显着的气体信封冷却和收缩陀螺时间尺度，收缩时间敏感的不透明度假设。我们的研究结果表明，核心质量$\lesssim 15 \rm M_{\o…
2017-05-23 astro-ph.EP
How planetary growth outperforms migration
行星迁移是对行星形成理论的一个重大挑战。I型迁移的速度与原行星的质量成正比，而一个卵石增生的行星核心的最后十年的增长速度与质量的三分之二次方成正比。这导致行星增长轨迹（即，原行星的质量随其与恒星距离的变化），随着原行星质量的增加而变得越来越水平（迁移主导）。最近的研究表明，原行星上的迁移扭矩与生长中的行星所形成的气隙的相对高度成比例地减小。在这里，我们表明，从1-D模拟行星盘的相互作用，在一个行星雕刻50%的差距的质量约为2.3倍的卵石隔离质量。我们的测量卵石隔离质量从1-D模拟匹配发表的3-D结果相对较好，除了在非常低的粘度，3-D卵石隔离质量显着较高，可能是由于间隙边缘不稳定性没有捕获在1-D。卵石隔离体标志着卵石吸积到气体吸积的转变。因此，气体吸积形成气体巨行星的过程是在到达卵石隔离质量和50%的间隙质量后，经过几个天文单位的迁移。我们的研究结果表明，行星的增长可以胜过迁移，无论是在核心吸积和气体吸积过程中，即使当的Stokes数的卵石是小的，St~0.01，和卵石-气体流量比在原行星盘的标称范围为0.01-0.02。我们发现，行星的增长是非常迅速的，在第一个百万年的原行星盘和形成气体巨行星的可能性增加的初始大小的原行星盘和减少湍流扩散。
2019-01-10 astro-ph.EP
Emergence of vortices at the edges of planet-driven gaps in protoplanetary discs
嵌入原行星盘（PPD）中的年轻行星激发螺旋密度波，其在盘中传播、冲击和沉积角动量。这导致行星轨道周围的间隙打开，即使是低（亚热）质量行星，只要盘中的有效粘度低。已知这些行星引起的间隙的边缘容易通过Rossby波不稳定性（RWI）出现可观察到的涡旋。我们研究的时间尺度驱动的旋涡发展的低质量行星在无粘光盘。我们采用最近开发的半解析理论的涡度生产的行星驱动的冲击预测涡度演化附近的行星，从我们得出的径向轮廓的行星引起的差距作为时间的函数（这个过程可以有多种其他用途，例如，研究尘埃捕获，抑制卵石吸积等）。然后，我们分析的间隙边缘对RWI的线性稳定性，获得的时间尺度的第一次出现的不稳定的模式和（后来）充分发展的旋涡在间隙边缘。我们提出了有用的公式，这些时间尺度作为行星和光盘参数的函数，并提供其物理理由。我们还彻底测试了我们的半分析框架对高分辨率的2D流体动力学模拟，证实了我们的理论预测的准确性。我们讨论的方式，我们的半分析框架可以扩展到包括额外的物理，如行星吸积，迁移，和非零盘粘度。我们的结果可以用来解释观测的PPD和预测出现的涡模拟。
2022-12-06 astro-ph.EP
Mid-infrared spectra of differentiated meteorites (achondrites): Comparison with astronomical observations of dust in protoplanetary and debris disks
测量了不同陨石（无球粒陨石）的中红外（5微米至25微米）透射/吸收光谱，以便与年轻恒星天体演化不同阶段的尘埃天文观测进行比较。与原始陨石相比，无球粒陨石经历了严重的变质作用和/或广泛的熔融，代表了更先进的星子演化阶段。光谱从原始的无球粒陨石（acrylcoite，winonaite，ureilite，brachinite）和分化的无球粒陨石（eucrite，diogenite，aubrite，和mesosiderite硅酸盐）。钠长石和短柱长石的光谱以橄榄石特征为主，闪长岩和奥辉岩的光谱以辉石特征为主。的accountcoite，winonaite，eucrite，和mesosiderite硅酸盐表现出更复杂的光谱，反映其多相体矿物学。原始无球粒陨石和分化的无球粒陨石的光谱以不同的比例混合，显示出与几个百万年前的原行星盘HD 104237 A和V 410 Anon 13的光谱很好的相似性。分化的中菱铁矿硅酸盐的光谱与成熟碎片盘HD 172555和HD 165014的光谱相似。原始硅钠长石和短柱长石的混合光谱与碎片盘HD 113766的光谱相似。这些结果提出了星子分化早期产生的物质存在于原行星盘和碎片盘中的可能性。
2022-12-28 astro-ph.EP physics.geo-ph
The cosmochemistry of planetary systems
University of Copenhagen（哥本哈根大学）；Université de Paris（巴黎大学）；Lund University（隆德大学）；ETH Zurich（苏黎世联邦理工学院）
本文综述了利用太阳系物质的化学和同位素组成约束类地行星形成路径，提出流动不稳定性和卵石吸积模型可解释观测特征，并影响行星宜居性。
2025-10-27 astro-ph.EP
Spatially resolving the volatile sulfur abundance in the HD 100546 protoplanetary disk
本研究结合 ALMA/APEX 观测与 DALI 模型，发现 HD 100546 盘中挥发性硫严重亏损（S/H=1e-8），径向变化达 3 个数量级，OCS、H2CS、CS 为主要气相载体，并存在 OCS 冰储库，为行星大气成分预测提供关键约束。
2023-12-21 astro-ph.EP
The Dispersal of Protoplanetary Disks
原行星盘是行星形成的场所，这些盘的演化和最终的消散强烈影响着行星系的形成。在行星形成时期的气盘演化是由风引起的吸积和质量损失驱动的，在典型的环境中，来自中央恒星的高能辐射的光蒸发可能主导最终的气盘扩散。我们对当前的理论模型进行了批判性的回顾，并讨论了用于测试这些模型的观测结果，并为我们对底层物理的理解提供了信息。我们还讨论了盘扩散在形成行星系中的作用，考虑了它对行星形成过程和行星系结构的影响。最后，我们提出了一个示意图的原行星盘演化和分散，并讨论了未来的工作前景。
2013-11-07 astro-ph.EP astro-ph.SR
Rates of protoplanetary accretion and differentiation set nitrogen budget of rocky planets
原行星分化对氮和碳等生命必需挥发物的命运的影响以及其对行星生长动力学的后续影响尚不清楚。由于氮在岩浆海洋中的溶解取决于其分压和氧逸度，因此它是跟踪原行星中挥发性再分配的理想代理，作为其大小和生长区的函数。在石墨欠饱和条件下使用高压和高温实验，在这里，我们表明，氮的爱铁特性是一个数量级高于以前的估计在很宽的范围内的氧逸度。结合金属、硅酸盐和大气分馏模型的实验数据表明，小行星大小的原行星和从它们生长出来的行星胚胎都是氮耗尽的。然而，在经历分化之前生长到行星胚胎大小的原行星具有富氮核心和贫氮硅酸盐储层。大型类地行星的大量硅酸盐储层从后一种类型的行星胚胎的核心获得氮。因此，为了满足类地行星在其主要生长阶段的不稳定预算，行星胚胎吸积的时间尺度必须短于它们的分化时间尺度，即月球到火星大小的行星胚胎在太阳系形成后的100万到200万年内迅速生长。
2021-05-11 astro-ph.EP physics.geo-ph
