Young Planets around Young Accreting Stars: I. Migration and Inner Stalling Orbits
本文通过三维MHD模拟量化年轻行星在湍流盘中的迁移机制，发现低密度盘使地球质量行星迁移时标超过哈勃时间而停滞于死区边界，巨行星则停滞于磁层截断半径，且恒星质量影响行星停滞位置，与观测统计一致。
2025-05-06 astro-ph.EP
Type I planet migration in weakly magnetised laminar discs
[摘要]在流体动力盘模型中，低质量行星的迁移已经研究了三十多年，但原行星盘中磁场的影响鲜为人知。当圆盘的磁场足够强以防止马蹄运动时，由磁共振产生的扭矩代替了共转扭矩。对于足够弱的磁场，马蹄运动和共转力矩存在，最近的湍流MHD模拟报告了存在一个新的组成部分的共转力矩的平均环向场的存在。本文的目的是探讨这种新的共转力矩的物理来源和性质。我们进行了MHD模拟的低质量的行星嵌入在一个2D层流盘线程由弱环形磁场，与湍流的影响建模的粘度和电阻率。我们确认，之间的相互作用的磁场和马蹄运动的结果在一个额外的行星上的共转扭矩，我们称之为磁流体动力学扭矩过剩。它是由磁场沿着行星马蹄形区域下游分界线的积累造成的，这导致了该位置的方位角不对称的低密度区域。的MHD扭矩过剩的属性的特征在于通过改变的密度，温度和磁场剖面的斜率，以及扩散系数和磁场的强度。磁流体动力学扭矩过剩的迹象只取决于密度和温度梯度，是积极的档案预计在原行星盘。其大小又主要由磁场的强度和湍流电阻率决定。即使磁压力小于热压力的百分之一，磁流体动力学扭矩过剩也足以逆转迁移。
2013-01-10 astro-ph.EP astro-ph.SR
Dust Concentration Via Coupled Vertical Settling and Radial Migration in Substructured Non-Ideal MHD Discs and Early Planet Formation
该研究通过2D/3D非理想MHD模拟揭示，尘埃沉降与子午面气流耦合使毫米/厘米颗粒在内盘5–10 au强烈聚集，局部Z最高达0.25，并可能促进早期星子形成。
2025-05-13 astro-ph.EP
Type I Planet Migration in a Magnetized Disk. I. Effect of Large-Scale Vertical and Azimuthal Field Components
我们研究了一个大规模的，有序的磁场在原行星盘的第一类行星迁移的影响，使用相结合的数值模拟在2D和3D和线性扰动分析。这种磁盘的稳态模型需要包括磁扩散率。为了使用理想的MHD取得进展，我们专注于简化的场配置，涉及纯垂直（$B_z$）和方位（$B_φ$）场分量和两者的组合。对于每一个模型，我们计算的位置相关的共振和转折点，划定的MHD波的传播区域，运输角动量从行星的磁盘。我们使用数值和半解析方法来评估作用在行星上的累积反扭矩，并探讨磁盘物理变量的空间梯度对结果的影响。我们的结论是，在现实（3D）的情况下，一个大规模的磁场可以减缓内部的迁移，这是下面未磁化的磁盘的特征--当磁压力接近热压力时，可以减缓$\sim 2$的一个因子--但是它不能逆转它。幅度随半径减小得足够快的$B_ϕ$场导致向外迁移仅适用于2D。事实上，我们发现，在3D中，一个纯$B_ϕ$磁盘经历了一个快速过渡到湍流的帐户上的磁旋转不稳定性，这是由行星引起的外观的弱$B_z$组件。
2015-01-12 astro-ph.EP
Global simulations of protoplanetary disks with net magnetic flux: I. Non-ideal MHD case
行星形成区域的原行星盘是冷的、致密的，因此电离很弱。由于这个原因，磁流体动力学（MHD）湍流被认为是大多数情况下不存在的，并找到另一种机制来解释气体吸积。有人提出，在大尺度磁场存在的情况下，从电离盘表面发射的磁化风可以驱动吸积。效率和这些表面风对磁盘结构的影响仍然非常不确定。我们提出了第一个全球模拟的弱电离磁盘，表现出大规模的磁化风。我们还研究了自组织的影响，这是以前只证明了在非分层模型。我们用PLUTO程序对分层圆盘进行了数值模拟。我们计算的电离分数动态，并占所有三个非理想的MHD效应：欧姆和双极扩散，霍尔漂移。由于非热辐射的简化加热和冷却也被考虑在磁盘的气氛。我们发现，磁盘可以吸积或不吸积，这取决于配置的大规模磁场。磁热风，驱动的磁加速和加热的大气，在吸积的情况下得到的。在某些情况下，这些风是不对称的，主要在圆盘的一侧喷射。风的质量损失率主要取决于磁盘中平面的磁压力与热压力的平均比率。非吸积的情况下，其特征在于由一个涡卷环流，吸积层在磁盘表面和中平面的decretion。最后，我们观察到自组织，导致轴对称环的密度和相关的压力“颠簸”。的基本机制及其对可观察到的结构的影响进行了讨论。
2017-02-02 astro-ph.EP
Planetesimal and Protoplanet Dynamics in a Turbulent Protoplanetary Disk: Ideal Stratified Disks
由于气体盘中磁旋转不稳定性驱动的密度波动的引力影响，微行星和原行星经历扩散径向迁移以及其他轨道性质的变化。对粒子轨道影响的大小可能对行星形成的情景产生重要影响。我们使用本地剪切盒近似来模拟一个理想的，等温的，磁化的气体盘与垂直密度分层，并同时演化的气体和宿主恒星的引力场下移动的许多无质量的粒子。我们测量的粒子轨道特性的演变，包括平均半径，偏心率，倾角，和速度色散，其依赖于磁盘的属性和粒子的初始条件。虽然结果收敛与分辨率为固定的盒子尺寸，我们发现的颗粒的湍流气体的重力的响应与水平的盒子大小，高达16个磁盘规模的高度。这种相关性表明，在解释涉及磁旋转湍流引力物理学的局部剪切盒模型时应谨慎。然而，基于启发式的论证，我们提出了L_h / R ~ O（1）准则，其中L_h是水平盒子的大小，R是到主星的距离，从而可能地解决这个难题。如果这一标准成立，我们仍然可以得出结论，磁旋转湍流似乎是无效的驱动扩散迁移或碰撞侵蚀在大多数情况下。
2012-01-18 astro-ph.EP
The effects of a magnetic field on planetary migration in laminar and turbulent discs
利用极坐标系下的二维MHD程序研究了小质量行星（$5 M_{\oplus}$和$20 M_{\oplus}$）在有磁场的吸积盘中的迁移。我们观察到，在强方位磁场的情况下，等离子体参数为$β\sim 1-2$，在磁共振的密度波施加在行星上的正扭矩，并可能减缓或逆转其迁移。然而，当磁场较弱时（即，等离子体参数$β$相对较大），那么由行星激发的非轴对称密度波导致场的径向分量的增长，并且随后导致磁旋转不稳定性的发展，使得盘变成湍流。在湍流盘中的迁移是随机的，并且迁移方向可能因此而改变。为了理解湍流盘中的迁移，研究了行星与单个湍流细胞之间的相互作用，以及行星与有序密度波之间的相互作用。
2015-08-13 astro-ph.EP
Corotation torques experienced by planets embedded in weakly magnetized turbulent discs
在原行星盘的非磁性粘性模型中，小质量行星的迁移是由微分Lindblad力矩和共转力矩驱动的。正转扭矩最近受到了详细的关注，因为它可能会减慢，失速或反向迁移。在层流粘滞盘模型中，共转力矩的长期演化与行星马蹄形区域的粘滞和热扩散过程密切相关。考虑到初始环向磁场较弱，本文研究了磁旋转不稳定性导致磁流体湍流发展的圆盘中共转扭矩的特性。我们目前的结果进行了两个不同的代码的三维MHD模拟。忽略非理想磁流体效应和盘的垂直分层，并考虑局部等温盘模型。在三个圆盘模型中评估了圆盘在固定行星上施加的运行时间平均扭矩。我们首先提出的结果与内部光盘腔（行星陷阱）。在粘性盘模型中，行星被发现经历了积极的运行时间平均扭矩超过几百个轨道，这突出了存在的不饱和的共转扭矩保持在长期的MHD湍流盘。还采用了两种具有初始幂律密度和温度分布的盘模型，其中发现时均扭矩与在行星位置具有类似粘度的层流粘性盘模型中的对应物相当一致。对平均力矩密度分布的详细分析表明，MHD湍流盘和层流粘性盘中的Lindblad微分力矩具有非常相似的数值，MHD湍流盘中存在非饱和共转力矩。这一分析还揭示了弱磁化圆盘中附加共转力矩的存在。
2011-07-14 astro-ph.EP
Dust Transport in MRI Turbulent Disks: Ideal and Non-ideal MHD with Ambipolar Diffusion
本文利用包含拉格朗日尘埃粒子的三维全球非分层磁流体动力学（MHD）模拟研究了尘埃在湍流原行星盘中的输运。湍流是由磁旋转不稳定性（MRI）与理想或非理想的MHD，包括双极扩散（AD）。在理想的MHD模拟中，表面密度的演变（除了漂移最快的尘埃），湍流扩散，和垂直尺度的尘埃高度都可以通过简单的一维和/或解析模型再现。然而，在AD主导的模拟超过10秒的AU的原行星盘的模拟中，灰尘的垂直尺度高度比以前预测的要大。为了更详细地理解这种异常，我们用拉格朗日粒子进行了非分层和分层的局部剪切盒模拟，发现AD主导盘中的湍流具有非常不同的性质（例如，时间自相关函数和功率谱）比湍流在理想的MHD磁盘，这导致相当不同的粒子扩散效率。例如，具有AD的MRI湍流具有较长的垂直速度相关时间，这导致显著的垂直颗粒扩散和较大的灰尘尺度高度。在理想MHD中，径向和垂向湍流扩散的Schmidt数（$Sc$）分别为$Sc_{r}\sim 1$和$Sc_{z}\gtrsim 3$，而在AD占优区，$Sc_{r}$和$Sc_{z}$均为$\lesssim 1$。本文还研究了由磁共振湍流引起的压力脉动中的颗粒浓度。由于非理想MHD效应在原行星盘的大部分区域占主导地位，我们的研究表明，模拟非理想MHD效应驱动的湍流中的尘埃输运的MRI是重要的了解现实原行星盘中的尘埃输运。
2014-12-18 astro-ph.EP
Slowing Down Type II Migration of Gas Giants to Match Observational Data
由径向速度测量得到的系外行星系统中气体巨星的质量和半长轴分布表明，超木星质量的行星堆积在> 1au处，而木星/亚木星质量的行星广泛分布在~ 0.03au到1au以上。这一特征尚未被理论预测所解释。为了调和这种不一致性，我们通过比较气体巨星的迁移，生长时间尺度和盘寿命以及人口合成模拟，研究了气体巨星的演化与神奈川等人（2018）的新II型迁移公式。虽然经典的迁移模型假设气体巨星在原行星盘中打开了一个明显的缺口，行星迁移与盘气体吸积有关，最近的高分辨率模拟表明，间隙开放行星的迁移与盘状气体吸积和神奈川等人（2018）脱钩。提出了当气隙中圆盘气体面密度减小时，Ⅱ型迁移速度与Ⅰ型迁移速度相同。我们表明，与这个新的公式，II型迁移是显着减少超木星质量的行星，如果磁盘吸积驱动的磁盘风建议最近的MHD模拟。人口合成模拟表明，超木星质量的行星保持在> 1 au，没有任何额外的成分，如光盘光蒸发。因此，如果新的公式得到证实，并且风驱动的盘吸积占主导地位，那么在> 1 au的气体巨星堆积之谜将在理论上得到解决。
2018-09-21 astro-ph.EP
Superrotation and Jet Migration in Simulations of Giant Planet Atmospheres
Department of Applied Mathematics, Baskin School of Engineering, University of California, Santa Cruz（加州大学圣克鲁兹分校巴スキン工程学院应用数学系）；U.S. National Science Foundation Astronomy and Astrophysics Postdoctoral Fellow（美国国家科学基金会天文学与天体物理学博士后研究员）；Department of Mathematics and Statistics, University of Exeter（埃克塞特大学数学与统计系）；Department of Physics and Astronomy, University of Exeter（埃克塞特大学物理与天文系）
通过三维球壳弹性对流模拟，研究木星对流层和天气层中平均纬向流的驱动机制，发现位涡均质化产生高纬度急流，而Busse柱角动量输运驱动赤道超旋转，且天气层显著改变热风平衡导致急流极向迁移。
2026-10-27 astro-ph.EP
Effect of wind-driven accretion on planetary migration
行星迁移是联系行星形成模型和观测到的系外行星统计数据的关键环节。到目前为止，迁移理论的重点是行星与无粘性或粘性演化盘的相互作用。湍流粘性被认为是盘演化的主要驱动力，并且已知会影响迁移过程。最近，风驱动的吸积的主题正在经历一个复兴，越来越多的证据表明，PPD可能比以前认为的湍流，和3-D非理想MHD建模的风发射过程正在成熟。目的：我们希望研究风驱动的吸积如何影响迁移。我们的目标是对主要影响进行定性探索，而不是定量预测。方法：采用FARGO 3D软件，在$(r,ϕ)$平面上进行二维水动力学模拟。垂直坐标和风的发射没有明确处理。相反，到磁盘上的风的扭矩处理使用一个简单的2参数公式治疗风的质量损失率和杠杆arm. Results：我们发现，风驱动的吸积过程有不同的方式补充的共轨区域比粘性吸积。前者总是从共轨区域的外缘注入质量并从内缘去除质量，而后者则根据圆盘中的径向密度梯度从共轨区域注入或去除质量。迁移行为可能差异很大，在某些条件下，它可以驱动快速的III型向外迁移。我们推导出的参数下，这种向外迁移发生的解析表达式。结论：如果风驱动的吸积在PPD的长期演化中发挥作用，则迁移研究也必须包括这一过程，因为它会强烈影响由此产生的迁移速率和方向。
2019-10-28 astro-ph.EP
An MHD-based model for wind-driven disc-planet interactions
本文基于近期三维 MHD 盘风模拟提出含间隙额外力矩、MHD 背景力矩径向剖面和中等黏性的盘风处方，可重现高热质量行星的间隙剖面并揭示其快速向内迁移。
2025-05-13 astro-ph.EP
On wave interference in planet migration: dead zone torques modified by active zone forcing
本文通过三维 MHD 模拟研究死区中活跃区激发的螺旋波与行星迁移的波干涉效应，发现其可加速向内迁移并改变大质量行星间隙结构，从而修正标准迁移理论。
2023-06-29 astro-ph.EP
Type I Planet Migration in a Magnetized Disk. II. Effect of Vertical Angular Momentum Transport
我们研究了原行星盘中的大尺度有序磁场对I型行星迁移的影响。我们专注于风驱动的磁盘，其中的磁转矩$\propto B_{0z} \partial B_{0φ}/\partial z$（其中$B_{0z}$和$B_{0φ}$是平衡的垂直和方位场分量）诱导垂直角动量传输。我们推导出控制微分方程的磁盘响应，并确定其共振和转折点。对于含有稍微亚热的纯$B_{0z}$场的盘，总3D扭矩接近其在2D极限中的值，但仍低于流体动力学扭矩。与Terquem（2003）考虑的2D纯$B_{0φ}$场模型相比，当场振幅随半径减小时，在这种情况下向内迁移没有减少。在$z=0$处振幅从零开始增加的次显性$B_{0φ}$分量的存在对单独作用时的扭矩几乎没有影响，但与$B_{0z}$分量结合时，它产生了一个强扭矩，使向内迁移加速一个因子$\gtrsim 200$。然而，这个因素可以减少在一个真正的磁盘耗散和磁扩散率的影响。与所有以前研究的磁盘迁移模型，在$B_{0z}+\partial B_{0φ}/\partial z$的情况下，占主导地位的贡献扭矩添加从行星的两侧具有相同的符号。我们将这种行为归因于一种新的相互作用模式，其中行星通过插入磁盘的基本角动量传输机制而向内移动。
2015-01-12 astro-ph.EP
Migration of Extrasolar Planets: Effects from X-Wind Accretion Disks
磁场在形成恒星/盘系统的引力坍缩过程中从星际介质中被拉了进来。考虑平均场磁流体动力学（MHD）在这些磁盘表明，磁效应产生的次开普勒旋转曲线和截断内盘。这封信探讨了这些预测的太阳系外行星迁移磁盘属性的后果。气体盘中的次开普勒流驱动了嵌入行星的新迁移机制，并修改了较大行星的间隙打开过程。对于足够小的行星（m_P < 1 M_ \earth）和/或轨道较近的行星（r < 1 AU），这种次开普勒迁移机制优于I型迁移机制。虽然包括次开普勒扭矩缩短总迁移时间只有一个中等的量，迁移行星的核心吸积的质量显着减少。内盘边缘的截断（对于典型的系统参数）自然地解释了周期P=4天的行星轨道。周期较短的行星P=2天，可以解释为在FU-奥利爆发期间的迁移，当质量吸积率高，盘边缘向内移动。最后，中面密度在盘的内部截断点（X点）处大大增加;这种增强，加上持续的气体和固体流动，支持巨行星的原位形成。
2009-08-10 astro-ph.EP astro-ph.SR
Local simulations of MRI turbulence with meshless methods
磁旋转不稳定性（MRI）是充分电离天体物理盘中最重要的过程之一。基于网格的模拟，特别是那些使用局部剪切盒近似，提供了一个强大的工具来研究随之而来的非线性湍流。另一方面，虽然无网格方法已被广泛应用于宇宙学，星系动力学，和行星形成，他们还没有完全部署在MRI问题。我们提出了两种无网格MHD方案的局部非分层和垂直分层MRI模拟：SPH MHD（Price2012）的最新实现，以及具有约束梯度发散清洗方案的MFM MHD方案，如GIZMO代码\citep{Hopkins2017}中所实现的。关于SPH水力公式的变体，我们考虑GIZMO中包含的“香草”SPH和PSPH变体。我们发现，正如预期的那样，这些方案中固有的数值噪声显着影响湍流。一个高阶核，自由的配对不稳定性，是必要的。这两种格式都能很好地模拟具有净垂直通量的非分层剪切盒中的MRI湍流。湍流，然而，消失在零净通量非分层盒，可能是由于过度和数值耗散。在零净通量垂直分层模拟中，MFM可以在最终衰减之前再现几十个轨道的MRI发电机及其特征蝴蝶图。与此相反，极强的环形场，而不是持续的湍流，开发在等效模拟使用SPH MHD。SPH MHD中的这种非物理状态很可能是由过度的人工粘性、数值电阻率和即使在应用清洁程序后仍存在的磁场发散中相对较大的残余误差的组合引起的。
2019-02-21 astro-ph.EP astro-ph.GA physics.comp-ph
The Roles of Dust Growth in the Temperature Evolution and Snow Line Migration in Magnetically Accreting Protoplanetary Disks
本研究结合磁吸积盘温度模型与尘埃颗粒参数化模型，发现尘埃生长通过影响电离度和不透明度共同决定盘中间面温度，且毫米级尘埃可推迟雪线迁移，对类地行星形成建模至关重要。
2023-03-28 astro-ph.EP astro-ph.SR
General Analysis of Type I Planetary Migration with Stochastic Perturbations
本文给出了在随机扰动存在下第一类行星迁移的一般处理方法。在许多行星形成盘中，由不对称扭矩驱动的I型迁移机制作用于短时间尺度，并损害了行星形成。然而，如果磁盘也支持MHD不稳定性，相应的湍流波动产生额外的随机扭矩，修改稳定的向内迁移的情况。这项工作研究了迁移的行星核心的随机波动的存在下，使用互补的方法，包括福克-普朗克方法和迭代地图。随机力矩有两个主要的影响：[1]通过向外扩散，一小部分行星核心可以在I型向内迁移中幸存下来。[2]对于一个给定的起始条件，任何特定的迁移实现的结果都是不确定的，因此必须用结果的分布来描述结果。除了探索不同的制度的参数空间，本文认为外盘边界条件，不同的初始条件，和时间依赖性的扭矩参数的影响。对于半径有限的圆盘，幸存行星的比例随时间呈指数下降。我们找到了一系列磁盘模型的生存分数和衰变率，并找到了幸存行星的位置的预期分布。对于预期的椎间盘特性，存活分数在$0.01 < p_S < 0.1$范围内。
2009-06-22 astro-ph.EP astro-ph.SR
Three-dimensional Global Simulations of Type-II Planet-disk Interaction with a Magnetized Disk Wind: I. Magnetic Flux Concentration and Gap Properties
通过三维非理想MHD模拟，发现II型行星触发极向磁通量集中，增强间隙角动量移除并形成更深间隙，且迁移受邻近间隙随机磁通量集中影响。
2023-02-03 astro-ph.EP
Anisotropic turbulence in weakly stratified rotating magnetoconvection
本文用NIRVANA程序对笛卡尔盒子中描述旋转磁对流的三维MHD方程进行了数值模拟。计算了小尺度脉动共同作用下的湍流强度和湍流热通量等平均量的特性。湍流的相关长度显著地取决于磁场的强度和方向，并且由科里奥利力和洛伦兹力引起的湍流强度的各向异性行为对于更快的旋转显著地更显著。在小尺度上的各向同性行为的发展-正如在纯旋转对流中观察到的那样-甚至对于导致由垂直分量主导的湍流的弱磁场也消失了。在存在水平磁场的情况下，垂直湍流热通量随着场强的增加而略微增加，从而促进旋转系统的冷却。热量的水平传输总是指向西方和两极。后者可能是一个大规模的对流的来源，而第一个将是重要的全球模拟的情况下，非轴对称边界条件的热通量。
2010-04-01 astro-ph.EP physics.geo-ph
Giant planet formation at the pressure maxima of protoplanetary disks
在经典的核心吸积行星形成的情况下，快速向内迁移和吸积的时间尺度公里大小的星子可能不利于形成巨大的核心之前，原行星盘消散的巨行星。另一方面，压力最大值的存在可以作为迁移陷阱和固体物质积累的位置，有利于形成块状核。我们的目标是研究径向漂移的卵石和星子和行星迁移的压力最大值在一个原行星盘和它们的影响形成的大规模的核心触发气体逃逸吸积阶段。在原行星盘中引入一个低粘滞死区，数值求解了粘滞驱动吸积盘的时间演化。人口的卵石和星子的径向漂移和吸积的行星演变也被认为是。最后，嵌入盘中的胚胎通过卵石、微行星和周围气体的同时吸积而生长。我们的模拟结果表明，在磁盘的低粘度区域的边缘产生的压力最大值作为行星迁移陷阱，卵石和微行星的表面密度显着增加，由于径向漂移的压力最大值的位置。然而，我们的模拟也表明，迁移陷阱的位置和固体物质积累的位置并不完全在同一位置。因此，一个行星的半长轴振荡周围的零扭矩的位置，预测的MHD和HD模拟，需要为行星吸积所有可用的材料积累在压力最大值。在原行星盘的低粘度区域的边缘产生的压力极大值似乎是大质量核形成和捕获的优先位置。
2017-03-24 astro-ph.EP
Connecting Planetary Composition with Formation: a New Paradigm Emerges
本综述汇集系外行星观测与ALMA、JWST数据及MHD模拟，提出MHD盘风在盘演化和行星形成中起核心作用的新范式。
2025-05-28 astro-ph.EP
Vortex instabilities triggered by low-mass planets in pebble-rich, inviscid protoplanetary discs
在原行星盘的最内部区域，固气比可以通过许多过程大大增加，包括光蒸发和颗粒漂移。MHD盘模型还表明在$R\lesssim 10$ AU存在死区，其中靠近中平面的区域保持层流。在这种情况下，我们使用双流体流体动力学模拟来研究固定轨道上的低质量行星（$\sim 1.7 \;{\rm M_\oplus}$）和无粘的富含卵石的圆盘之间的相互作用，固体与气体的比例为$ε\ge 0.5$。对于Stokes数St= 0.1，0.5的卵石，通过Rossby波不稳定性在行星分界线处形成多个尘埃涡旋。由于气体阻力的影响，然后导致一个强大的增强固气比，这可以增加一个因素的$\sim 10^3$的边缘耦合粒子与St=0.5。在流动不稳定性中，卵石团重组成细丝，可能会崩溃形成星子。当行星被允许在MMSN盘中迁移时，由于迁移，涡旋不稳定性被延迟，但一旦向内迁移停止，由于强烈的正卵石扭矩，涡旋不稳定性就开始了。同样，当行星经历一段向外迁移的过程时，在圆盘中形成了在间隙中演化的粒子细丝。我们的研究结果表明，由低质量行星引发的涡旋不稳定性可能在形成富含卵石的无粘性圆盘中的微行星中发挥重要作用，并可能显着修改低质量行星的迁移。它们还意味着行星尘埃间隙可能不一定包含行星，如果这些行星迁移走了。
2019-06-19 astro-ph.EP
Viscous Instability Triggered by Layered Accretion in Protoplanetary Disks
当磁旋转不稳定性（MRI）激发圆盘湍流时，层吸积是原行星盘中不可避免的成分之一。在吸积，磁盘表面的磁共振成像充分运作有一个高的磁盘吸积率（$\dot{M}$）的值，而磁盘中平面的磁共振成像一般淬火结束了一个低的值$\dot{M}$。最近，一些专门的MHD模拟在理解MRI方面取得了重大进展，这需要改进一维磁盘模型中$α$的经典处理。为此，我们得到了一个新的表达式$α$通过利用一个经验公式，这是来自最近的MHD模拟分层盘欧姆扩散。有趣的是，这个新的公式可以被看作是经典的$α$的一般扩展。利用新的$α$方法，我们对经历分层吸积的原行星盘进行了线性稳定性分析，发现在死区的外缘附近会发生粘性不稳定性。在使用经典的$α$时，温度变得稳定。我们确定的差异产生于$Σ-$依赖的$\dot{M}$，而$Σ$是唯一确定的一个给定值的$\dot{M}$在经典的方法，新的方法导致$\dot{M}$，这是一个多值函数的$Σ$。我们确认我们的发现，通过探索参数空间，以及通过执行1D，粘性演化的磁盘。最后，我们讨论其他非理想的MHD效应，不包括在我们的分析，但可能会影响我们的结果。
2015-11-09 astro-ph.EP
Global multifluid simulations of the magnetorotational instability in radially stratified protoplanetary disks
角动量的重新分布是原行星盘演化中的一个长期问题。磁旋转不稳定性（MRI）被认为是一种可能的机制。我们提出的研究结果，涉及多流体的全球模拟，包括欧姆耗散，双极扩散和霍尔效应在一个动态的，自洽的方式。我们专注于湍流所造成的非线性发展的MRI在径向分层的PPD和比较理想的MHD模拟。在多流体模拟中，盘最初被设置为从弱霍尔主导状态过渡到强霍尔主导状态，在弱霍尔主导状态中，霍尔效应是主要的非理想效应，但与感应项大致相同或弱于感应项，在强霍尔主导状态中，霍尔效应主导感应项。随着模拟的进展，盘的相当大的一部分发展成弱霍尔主导盘。我们发现从湍流的过渡到层流在磁盘的内部区域，但没有任何相应的整体密度功能。我们引入了一个无量纲参数$α_\mathrm{RM}$来描述吸积，其中$α_\mathrm{RM} \gtrsim 0.1$对应于湍流输运。我们计算的涡流周转时间，$t_\mathrm{eddy}$，并比较这与一个有效的重组时标，$t_\mathrm{rcb}$，以确定是否湍流的存在需要非平衡电离计算。我们发现$t_\mathrm{rcb}$通常比$t_\mathrm{eddy}$小三个数量级。此外，电离分数没有明显变化。这两个结果表明，这些多流体模拟应该是可比的单流体非理想模拟。
2016-08-09 astro-ph.EP astro-ph.SR
Tidal dissipation in stably stratified and semi-convective regions of rotating giant planets: incorporating Coriolis forces
本研究建立纳入科里奥利力的球形布西涅斯克模型，发现旋转巨行星的稳定分层流体核可显著增强惯性波与重惯性波的潮汐耗散，足以解释土星卫星迁移率，对系外巨行星潮汐演化也有重要意义。
2023-11-06 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.flu-dyn
Radiation Hydrodynamics of Self-gravitating Protoplanetary Disks II. Accretion, Migration, Spin, and Internal Structure of GI Fragments
Institute for Advanced Study, Tsinghua University（清华大学高等研究院）；Shanghai Astronomical Observatory, Chinese Academy of Sciences（中国科学院上海天文台）；Department of Astronomy, Tsinghua University（清华大学天文系）
通过三维辐射流体力学模拟跟踪原行星盘引力不稳定碎块的演化，发现其质量增长受希尔极限标度调控、迁移双向、自旋由吸积主导且内部准绝热，最终可形成气态巨行星、褐矮星乃至自由漂浮行星。
2026-09-30 astro-ph.EP
Extra Invariant in Magnetohydrodynamics of Planets and Stars
University of Utah（犹他大学）
研究旋转和分层流体层磁流体动力学中的额外不变量，通过建立该不变量，发现其绝热守恒且与发电机现象有关，丰富了相关领域研究。
2026-07-09 astro-ph.EP math-ph math.MP
The formation of rings and gaps in wind-launching non-ideal MHD disks: three-dimensional simulations
以前的二维轴对称研究表明，环和间隙自然发展的非理想磁流体动力学（MHD）盘风系统，特别是在双极扩散（AD）的存在下。在这里，我们将这些二维模拟扩展到三维（3D），发现环和间隙仍然形成在一个中等强度的双极扩散的存在下。环和间隙形成于在2D模拟中识别的相同的基本机制，即，由于急剧收缩的极向磁场线的重新连接，极向磁通量相对于盘材料的重新分布。因此，与较不磁化（密集）的环相比，较不密集的间隙利用大的极向磁场被更强地磁化。在具有轴对称初始条件的3D模拟中，环和间隙开始时相当平滑。非轴对称的变化在以后自发地出现，但它们不会增长到破坏环和间隙的程度。这些磁盘子结构持续到模拟结束，在模拟磁盘的内边缘持续长达3000个轨道周期。扰动但仍然连贯的环的寿命使它们成为捕获大颗粒的有吸引力的场所，否则这些颗粒会由于气体阻力而失去快速的径向迁移。随着双极扩散率的降低，磁盘和风变得越来越湍流，由磁旋转不稳定性驱动，紧密缠绕的螺旋臂在磁盘中变得更加突出。
2018-12-16 astro-ph.EP astro-ph.SR
Simulations of Winds of Weak-Lined T Tauri Stars: The Magnetic Field Geometry and The Influence of the Wind on Giant Planet Migration
通过数值模拟，研究了前主序星的磁化星风。特别是，我们分析了在哪些情况下这些恒星会呈现出细长的磁性特征（例如，头盔飘带、弹弓发射器等）。我们专注于弱线金牛座T星，作为存在的稀薄吸积盘预计不会有强烈的影响，对结构的恒星风。我们表明，等离子体β参数（热磁能密度的比率）是一个决定性的因素，在定义的恒星风的磁配置。使用这些恒星的观测范围内的初始参数，我们表明，日冕磁场配置可以在偶极状配置和配置之间变化，具有强准直极线和封闭的流在赤道（多分量配置的磁场）。我们表明，只有当日冕底部的等离子体β参数为β <<1时，才会出现拉长的磁性特征。使用我们自洽的三维MHD模型，我们估计这些恒星风的行星迁移的时间尺度，由于恒星风对热木星施加的阻力。与Lovelace等人（2008）的发现相反，他们使用Weber & Davis模型估计了这样的时间尺度，我们的模型表明，这些多成分日冕的恒星风预计不会对热彗星迁移产生重大影响。进一步的模拟是必要的，以调查在更强的表面磁场强度（~2-3千克）和更高的日冕基底密度，以及在倾斜的恒星磁层的结果。
2009-08-18 astro-ph.EP astro-ph.SR
Radiation Magnetohydrodynamics In Global Simulations Of Protoplanetary Disks
我们的目标是在全球模拟中研究原行星盘的热力学和动力学演化，包括辐射传输和磁旋转不稳定性引起的磁流体动力学（MHD）湍流物理。我们发展了一个基于通量限制扩散近似的辐射转移方法，该方法包含了中心恒星的频率依赖性辐射。该混合方案在PLUTO代码中实现。我们实施的重点是辐射转移方法的性能。使用优化的Jacobi预处理BiCGSTAB求解器，辐射模块比我们考虑的磁盘设置的MHD步骤快三倍。我们获得70%的弱缩放效率高达1024个核心。本文首次对分层原行星盘进行了整体三维辐射MHD模拟。盘模型的参数被选择为近似于蛇夫座恒星形成区的AS 209系统的参数。从处于辐射和流体静力平衡的圆盘开始模拟，磁旋转不稳定性很快导致圆盘中的MHD湍流和加热。对于我们使用的磁盘参数，湍流耗散加热磁盘中平面，并提高了约15%的温度相比，被动磁盘模型。一个大致平坦的垂直温度分布建立在光盘光学厚区域接近中平面。我们再现的垂直温度分布与粘性盘模型的应力张量垂直分布是平坦的，在磁盘的大部分和盘冠消失。本文首次证明了用现有的计算设备对湍流原行星盘进行整体辐射MHD模拟是可行的。这为原行星盘内部动力学的广泛研究打开了窗口，其中存在重要的观测约束。
2013-10-22 astro-ph.EP astro-ph.SR
Gone with the wind: the outward migration of eccentric giant planets in windy disks
本研究通过3D非理想MHD模拟探讨磁风驱动吸积对木星级巨行星轨道演化的影响，发现行星缝径向不对称性导致缓慢向外迁移，偏心率增至6-8%，为暖木星特征提供解释。
2025-03-07 astro-ph.EP astro-ph.SR
Planet Migration in Windy Discs
该研究通过二维模拟发现，盘风强度通过影响马蹄形区域平流时标与天平动时标的层级关系，可导致行星出现非线性向外迁移或线性向内迁移，且向外迁移区域位于约10-100天文单位。
2024-11-07 astro-ph.EP astro-ph.HE astro-ph.SR
Trapping Solids at the Inner Edge of the Dead Zone: 3-D Global MHD Simulations
原行星盘内部电离差的地方是尘埃凝聚过程最有效的地方。然而，即使在这里，星子的形成也可能受到径向漂移造成的固体物质损失和粒子碰撞碎裂的限制。我们的目的是调查的可能性，固体颗粒被困在当地的压力最大值的动态发展的磁盘。我们进行了第一次三维整体非理想磁流体力学计算的磁盘处理驱动的磁旋转不稳定性的湍流。该域包含一个内部的年轻恒星附近的MRI活跃区域和一个外部的中面死区，两者之间的过渡建模的急剧增加的磁扩散率。活动带中产生的方位磁场随时间振荡，大约每150年改变一次符号。因此，我们观察到的径向结构的“蝴蝶图案”之前看到的局部剪切盒模拟。平均磁场从活动区扩散到死区，在死区中雷诺应力仍然占主导地位。更大的总吸积应力在活动区导致净减少的表面密度，因此，800年后达到一个近似的稳定状态，其中在过渡半径附近的中面压力的局部径向最大值。我们还观察到活动带内密度脊的形成。在我们的模型中的死区具有一个平均磁场，显着的雷诺应力和稳定的局部压力最大值的内边缘，在那里的行星胚胎向外迁移和有效的捕获固体物质是可能的。
2010-02-12 astro-ph.EP astro-ph.SR
Planet-disk-wind interaction: the magnetized fate of protoplanets
本文通过3D非理想MHD模拟研究MHD风主导吸积下的行星-盘相互作用，发现大质量行星打开不对称间隙并可能反转迁移方向，低质量行星则表现出随机向外迁移。
2023-05-19 astro-ph.EP astro-ph.SR
Temperature Structure in the Inner Regions of Protoplanetary Disks: Inefficient Accretion Heating Controlled by Nonideal Magnetohydrodynamics
原行星盘（PPD）中的气体温度是由辐射加热和吸积加热共同决定的，后者通常归因于湍流耗散。然而，最近的研究表明，内盘（几个天文单位）主要是层流，吸积主要由磁化盘风驱动，作为弱电离气体的非理想磁流体动力学（MHD）效应的结果，这表明焦耳耗散的另一种加热机制。我们进行本地分层MHD模拟，包括所有三个非理想的MHD效应（欧姆，霍尔和双极扩散）和焦耳加热和由此产生的磁盘垂直温度分布的作用进行调查。我们发现，在内部磁盘，欧姆和双极扩散强烈抑制电流周围的中平面，焦耳加热主要发生在几个标度的高度以上的中平面，使中平面温度远低于传统的粘性加热模型。包括霍尔效应，当穿过盘的磁场与盘旋转对准/反对准时，焦耳加热增强/减少，但总体上无效。我们的研究结果进一步表明，在内部PPD的中平面温度几乎完全由辐射加热，除非粘性加热可以触发热电离在磁盘的最里面的区域自我维持磁旋转不稳定性湍流。
2019-02-28 astro-ph.EP astro-ph.SR
Low mass planets in protoplanetary disks with net vertical magnetic fields: the Planetary Wake and Gap Opening
采用非分层局部剪切盒近似的三维数值模拟方法，研究了在净垂直磁场作用下，低质量行星在气态原行星盘中的尾迹和间隙打开，该磁场通过磁旋转不稳定性（MRI）驱动磁流体动力学（MHD）湍流.尾流，这是激发的行星，是由类似于在无粘性流体动力（HD）磁盘尾流阻尼冲击阻尼。冲击阻尼的角动量沉积打开了MHD湍流磁盘和无粘HD磁盘的差距，即使是低质量的行星，在矛盾的“热标准”的差距开放。为了测试“粘性标准”，我们比较了MRI湍流磁盘中的间隙特性，在粘性HD磁盘具有相同的应力，并发现，相同的质量的行星打开一个显着更深，更宽的净垂直通量磁流体磁盘的间隙比粘性HD磁盘。这种差异是由于磁场有效传输到MRI磁盘中的间隙区域，导致间隙内的有效α更大。因此，在间隙上，麦克斯韦应力分布比间隙密度分布更平滑，并且需要更深的间隙以使麦克斯韦应力梯度平衡行星扭矩密度。我们还证实了MHD磁盘中靠近行星的大的多余扭矩，并发现MRI产生的长寿命密度特征（称为带状流）可以影响行星迁移。与以往的净环向磁通/零磁通MHD模拟结果的比较表明，磁场的几何形状在间隙打开过程中起着重要的作用。总体而言，我们的研究结果表明，在现实的原行星盘中，低质量行星通常会产生间隙，并警告使用恒定的α粘度来模拟原行星盘中的间隙。
2013-02-13 astro-ph.EP astro-ph.SR
A Global 3-D Simulation of Magnetospheric Accretion: I. Magnetically Disrupted Disks and Surface Accretion
本研究开展非旋转恒星磁层吸积的三维理想MHD模拟，揭示磁交换不稳定性驱动的盘丝结构、大尺度磁泡等三维特征，发现表面吸积区新形态，还探究了原行星盘内的行星迁移机制。
2023-12-14 astro-ph.EP astro-ph.SR
Evolution of the Water Snow Line in Magnetically Accreting Protoplanetary Disks
太阳系中的类地行星含水量较低，这表明原行星形成于水雪线内。准确预测雪线位置随时间的变化为约束行星的形成过程提供了线索。本文研究了非理想磁流体动力学（MHD）模拟提出的层流磁场控制下的原行星盘中雪线的迁移。我们提出了一个经验模型的磁盘温度的基础上，我们的非理想MHD模拟，这表明吸积加热是显着效率低于湍流磁盘，并计算雪线位置随时间的推移。我们发现，雪线在磁吸积层流磁盘移动到目前的地球轨道内的恒星形成后1万年，而传统的湍流磁盘的时间是远远长于1万年。这一结果表明，要么岩石原行星形成于盘演化的早期阶段，要么原行星在靠近原太阳形成后向外移动到目前的轨道。
2021-05-27 astro-ph.EP astro-ph.SR
