Dust Evolution Can Produce Scattered Light Gaps in Protoplanetary Disks
最新的高分辨率和高对比度的原行星盘图像揭示了惊人的各种各样的亚结构。特别令人感兴趣的是近红外散射光图像显示低强度环形“间隙”的证据。“这种结构的起源仍然不确定，但气体盘与行星的相互作用是一种常见的解释。我们研究的影响，可以在一个简单的情况下，没有任何重力或流体动力学扰动的气体盘结构的磁盘上的可观察到的属性的固体材料的演变。即使有一个平滑和连续的气体密度分布，我们发现，由小尘埃颗粒产生的散射光发射可以表现出类似于最近的观测中提出的环状凹陷。造成这些特征的物理机制依赖于尘埃粒子的低效率碎裂。建议的“间隙”特征的出现和位置在很大程度上取决于尘埃与气体的比率、碎裂阈值速度、湍流的强度和盘的年龄，并且对于通常采用的盘参数来说应该是通用的（在某个半径处）。同样的物理过程可以影响光学薄波长（$\sim$ 1 mm）的热发射，尽管行为可能更复杂;与盘-行星相互作用不同，在这些较长的波长处不应该存在“间隙”。
2015-10-21 astro-ph.EP astro-ph.SR
Rings and gaps in protoplanetary disks: planets or snowlines?
ALMA对原行星盘的高分辨率观测显示，即使不是所有的原始盘，也有许多由环状尘埃结构组成。这些尘埃环的起源仍然不清楚，但一个常见的解释是行星同伴的存在，它们沿着轨道清除了间隙，并将尘埃困在间隙边缘。这种情况的一个特征是这些间隙内的气体密度降低。在最近的工作中，Isella等人在2016年通过空间分辨的CO同位素观测得出了与HD163296圆盘间隙内的土星质量行星一致的气体密度下降。然而，由于CO丰度和温度取决于大范围的因素，CO排放的解释是不平凡的。我们使用物理化学代码DALI来表明气体温度在尘埃密度间隙内增加，这意味着气体中的任何间隙，如果存在的话，都必须更深，与行星质量高于木星质量相一致。此外，我们表明，在某些半径的晶粒生长增加的模型，预期在雪线，可以重现同样好的HD163296中的尘埃环，而不需要同伴。这种情况可以解释具有观察到的间隙的较新和较旧的磁盘，因为间隙在小于100万年的年轻系统中已经看到。虽然HD 163296中的环的起源仍然不清楚，但这些模拟结果表明，在解释原行星盘观测中的CO排放时必须小心。
2018-10-12 astro-ph.EP
Two mechanisms for dust gap opening in protoplanetary discs
基于行星周围引力运动的对称性，我们确定了两种不同的机制：（1）小质量行星不干扰气体，通过内盘引力的潮汐力矩打开尘埃间隙，但受到外盘引力的抵制;和II）通常的阻力辅助机制，其中质量较大的行星在气盘中产生最大压力，然后阻力扭矩作用于尘埃中进一步抽空。第一种机制在粉尘中产生间隙而不是气体，而第二种机制在粉尘相中产生更深的部分或全部气体间隙。粉尘间隙不一定表示气体间隙。
2016-02-24 astro-ph.EP
Vortex-Induced Rings and Gaps within Protoplanetary Disks
本文通过二维流体动力学模拟发现，原行星盘中长寿命涡旋可产生密度波，其角动量通量比行星诱导波高两个数量级，从而在无粘性盘中形成可被ALMA探测的尘埃环与间隙。
2024-12-17 astro-ph.EP
Planet gaps in the dust layer of 3D protoplanetary disks: I. Hydrodynamical simulations of T Tauri disks
内容：虽然亚微米和微米大小的尘埃颗粒通常与原行星盘中的气相很好地混合，但较大的颗粒将部分解耦，因此具有与气体不同的分布。这对预测原行星盘的可观测性产生了影响，因为仅对气体的研究将提供一个不准确的图像。具体来说，在行星存在下的间隙打开标准通常是针对气相进行研究的，而一旦颗粒达到毫米大小，尘埃层的情况可能会大不相同，这就是ALMA所观察到的。目的：我们的目标是调查的形成和结构的行星间隙的尘埃层的原行星盘与嵌入的行星。研究方法：我们执行3D，气体+尘埃SPH模拟的原行星盘与行星在一个固定的圆形轨道上在40 AU研究的气体和尘埃的分布和密度在磁盘的演变。我们运行了一系列模拟，其中行星质量和尘埃颗粒大小不同。结果如下：我们发现，尘埃层中的间隙比气相中的间隙更引人注目，对于更大质量的行星和更大的颗粒，它更深更宽。对于一个足够大的行星，我们注意到，厘米大小的颗粒仍然在间隙内的共转和他们的人口在外盘显示出一个不对称的结构，一个签名的磁盘行星相互作用，即使是一个圆形的行星轨道，这应该是可观察到的ALMA。
2010-05-25 astro-ph.EP astro-ph.SR
A Simple Analytical Model for Gaps in Protoplanetary Disks
本文提出了一个分析模型，用于计算行星在原行星盘中开有缺口时，其表面密度随半径$Σ(r)$的变化。该模型也适用于具有极端双星质量比的环双星盘。间隙轮廓可以用代数方法求解，而不需要进行任何数值积分。与以前的一维间隙模型相比，该模型正确地预测，低质量（亚木星）行星可以打开足够低的粘度磁盘的差距，它正确地恢复幂律依赖于行星与恒星的质量比$q$，磁盘纵横比$h/r$，和无量纲粘度$α$在以前的数值研究中发现的差距深度。在$q$，$h/r$，和$α$的参数空间范围内的数值计算进行了比较分析间隙的配置文件，证明准确再现的“部分间隙”制度，并在很宽的参数空间范围内的一般协议。
2015-05-13 astro-ph.EP
Gas Gaps in the Protoplanetary Disk around the Young Protostar HL Tau
我们分析了阿塔卡马大型毫米/亚毫米阵列长基线活动获得的I-II类原恒星HL Tau的HCO+（1-0）数据。我们以~0.07（~10 AU）的角分辨率生成HCO+图像立方体，并且对图像立方体执行方位角平均以增强信噪比并测量HCO+积分强度的径向轮廓。在径向强度分布中发现了两个半径分别为~28 AU和~69 AU的能隙和一个中心腔。内部HCO+能隙与半径为32 AU的毫米连续谱能隙重合。外部HCO+间隙位于半径为69 AU的毫米连续亮环处，并与半径为64 AU和74 AU的两毫米连续间隙重叠。相反，中心腔的存在可能是由于3 mm连续谱发射的高光学深度，而不是HCO+气体的耗尽。我们从其强度分布推导出HCO+柱密度分布。根据柱密度分布，内部和外部HCO+间隙的全宽半高宽估计为~14 AU，其深度估计为~2.4和~5.0。这些结果与形成（亚）木星质量行星所打开的缺口的预期是一致的，同时对仅包含尘埃性质和粒度变化的理论模型进行了严格的限制。
2016-03-04 astro-ph.EP astro-ph.SR
Gaps in Protoplanetary Disks as Signatures of Planets: II. Inclined Disks
我们研究了观测到的部分差距被打开的行星在原行星盘，考虑到相对于视线的倾斜的影响。相对于不间断的圆盘，间隙的波谷由于阴影和冷却而变暗。缝隙的外壁通过直接照明和加热而变亮，加热使其膨胀，从而拦截更多的星光。在本文中，我们研究的影响，解决了光盘图像的倾斜和没有间隙在很宽的波长范围。散射表面与光盘中平面的偏移沿着倾斜轴产生亮度不对称，使得光盘的近侧在散射光中看起来比远侧更亮。有限的磁盘厚度也会导致磁盘表面上等距点的投影距离在磁盘的近侧比远侧更小。因此，在圆盘近侧的间隙肩应该比远侧更亮，更靠近恒星。然而，如果观测的角分辨率比变亮的间隙肩部的宽度更粗糙，则远侧的间隙肩部可能由于其较大的表观尺寸而显得更亮。我们提出了一个公式来恢复的规模高度和倾斜角度的成像磁盘使用简单的几何参数和测量磁盘的不对称性。星周盘的解析图像揭示了空地和间隙，例如LkCa 15的过渡盘。使用我们的合成成像创建的模型试图匹配观测到的LkCa 15的散射光图像的形态表明，在磁盘的内部$\sim0.5\arcsec$的H-波段通量赤字可以用质量大于0.5木星质量的行星来解释。
2013-05-27 astro-ph.EP astro-ph.SR
ALMA continuum observations of the protoplanetary disk AS 209. Evidence of multiple gaps opened by a single planet
本文介绍了新的高角分辨率ALMA 1.3毫米尘埃连续观测的原行星系统AS 209在蛇夫座恒星形成区。尘埃连续辐射的特征是一个主中心核和两个突出的环在$r = 75\,$ au和$r = 130\,$ au之间的两个间隙在$r = 62\,$ au和$r = 103\,$ au。这两个缺口的宽度和深度不同，内侧的缺口更窄更浅。我们使用三维辐射传输盘程序\textsc{dali}测定了毫米级尘埃颗粒的表面密度。根据我们的基准模型，内部间隙部分填充有毫米颗粒，而外部间隙基本上没有灰尘。推断的表面密度进行比较，三维流体动力学模拟（FARGO-3D）的行星盘相互作用。外层的尘埃间隙与一颗巨行星（$M_{\rm planet} \sim 0.8\,M_{\rm Staturn}$）的存在是一致的;这颗行星负责间隙的打开和行星轨道外缘的尘埃堆积。模拟还表明，同一颗行星可以为$r = 62\,$ au的内部间隙提供起源。两个尘埃间隙的相对位置接近2：1共振，我们已经研究了内部间隙内第二颗行星的可能性。由此得到的表面密度（包括两个尘埃间隙的位置、宽度和深度）与观测结果一致。内隙的性质对内行星的质量（$M_{\rm planet} < 0.1\,M_{\rm J}$）构成了很强的约束。在这两种情况下（单个或成对的行星），流体动力学模拟表明一个非常低的磁盘粘度（$α< 10^{-4}$）。考虑到该系统的…
2017-11-14 astro-ph.EP astro-ph.SR
Structured Distributions of Gas and Solids in Protoplanetary Disks
最近对原行星盘的空间分辨观测揭示了大量的子结构，包括同心环和间隙、内腔、错位、螺旋臂和方位角不对称。这是自原恒星和行星VI以来原行星盘研究的重大突破，正在重塑行星形成的领域。然而，尽管对原行星盘中亚结构的成像能力一直在稳步提高，但许多亚结构的起源仍然存在很大争议。气体和固体在原行星盘中的结构化分布可能反映了物理过程的结果，包括行星的形成。然而，观察到的原行星盘人口之间的不同属性，例如，在尘埃分布的环和间隙的数量和径向位置，表明控制过程可能会有所不同磁盘和/或结果可能是敏感的恒星或磁盘的属性。本文综述了原行星盘子结构的观测结果，对解释观测到的原行星盘子结构的各种过程进行了全面的理论综述，比较了现有的理论预测和观测结果，并指出了未来的研究方向，以区分不同的起源。（4）讨论最新原行星盘观测对原行星盘和行星形成理论的启示。
2023-01-17 astro-ph.EP astro-ph.SR
Gaps in Protoplanetary Disks as Signatures of Planets: III. Polarization
对金牛座T星和赫比格Ae/Be星的偏振观测是对原行星盘成像的一种强有力的方法。然而，这些图像的解释是困难的，因为偏振度是高度敏感的角度散射的恒星光的磁盘表面。我们研究如何磁盘和没有创造的行星间隙出现在散射偏振光作为倾斜角的函数。没有间隙的倾斜圆盘的等射面在偏振光中发生畸变，使圆盘看起来比实际上更偏心或更倾斜。表观间隙位置不受偏振影响，但间隙对比度发生变化。在面对的磁盘间隙，我们发现，明亮的远边缘的间隙散射较少的偏振光比磁盘的其余部分，导致在间隙槽和明亮的远边缘之间的对比度略有下降。在倾斜的圆盘中，间隙可以呈现出亮度上的局部“洞”的外观，而不是完全的轴对称结构。在总强度和偏振强度图像中，沿盘的短轴的光心偏移可以很容易地由盘的有限厚度来解释。单独的，偏振散射光图像的磁盘不一定揭示内在的磁盘结构。然而，当与总强度图像相结合时，可以推断出盘的方向，并且可以了解盘的结构和尘埃特性。
2016-12-08 astro-ph.EP
An empirically-derived formula for the shape of planet-induced gaps in protoplanetary disks
本研究采用数值流体力学计算和一种新的方法密集采样参数空间来测量的精确形状的一个气体磁盘中的行星打开的间隙，作为一个函数的行星-恒星质量比，磁盘马赫数，和磁盘粘度。间隙的深度和宽度的公式被确定，这是相结合，形成一个完整的公式作为半径的函数在磁盘的表面密度。这个新的分析公式相比，数值推导的差距打开的行星，从非常低的质量到几倍木星的质量，并发现在很宽的范围内的参数空间相关的行星盘相互作用的协议。一个简单易用的代码，快速生成合成磁盘配置文件。
2019-06-26 astro-ph.EP astro-ph.HE
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
Kinematic detection of a planet carving a gap in a protoplanetary disc
我们仍然不明白行星是如何形成的，或者为什么太阳系外的行星系统与我们的太阳系如此不同。但是最近几年已经戏剧性地改变了我们对年轻恒星周围气体和尘埃盘的看法。阿塔卡马大型毫米/亚毫米阵列（ALMA）和极端自适应光学系统的观测表明，大多数--如果不是全部--光盘包含子结构，包括环和间隙，螺旋，方位尘埃浓度，以及未对准的内部光盘投射的阴影。这些特征被解释为新生原行星的特征，但确切的起源尚不清楚。在这里，我们报告的运动学检测的几个小行星质量的行星位于气体和尘埃的差距在130 AU的光盘周围的年轻恒星HD 97048。嵌入式行星可以解释在CO线中检测到的扰动开普勒气体流，以及在相同半径的尘埃盘中检测到的间隙。虽然差距似乎是一个共同的特点，在原行星盘，我们提出了一个行星和尘埃间隙之间的直接对应关系，表明至少有一些差距是行星盘相互作用的结果。
2019-07-04 astro-ph.EP astro-ph.SR
Are the observed gaps in protoplanetary discs caused by growing planets?
最近对原行星盘的详细观测揭示了许多亚结构，其中大多数是环状的。一种解释是，这些光环是由不断增长的行星造成的。这些潜在的行星还没有在它们的圆盘上打开非常深的缝隙。相反，这些行星在圆盘上形成小间隙，在其轨道外部产生小的压力颠簸，阻止最大尘埃颗粒的流入。在卵石吸积范例中，这个行星质量对应于卵石隔离质量，卵石吸积停止，有效的气体吸积开始。我们通过卵石和气体吸积进行行星人口合成，包括I型和II型迁移。在模拟的第一阶段，我们研究行星到达卵石隔离质量所需的条件，并将它们的位置与观察到的间隙进行比较。我们发现，为了匹配的差距结构2000 M E的卵石是必要的，这将只适用于最富金属的恒星。然后，我们跟踪这些行星的演化，将其与观测到的系外行星种群进行比较。行星形成在光盘与这些大量的卵石导致大多数形成气体巨星和只有很少的超级地球，矛盾的观察。这导致的结论是，要么（i）观察到的磁盘是例外，（ii）不是所有的差距，观察到的磁盘是由行星或（iii），我们错过了一些重要的成分，在行星形成有关的气体吸积和/或行星迁移。
2019-06-27 astro-ph.EP
Using HCO$^+$ isotopologues as tracers of gas depletion in protoplanetary disk gaps
在原行星盘的尘埃连续体中看到的广泛的环和间隙有时伴随着在分子线发射中看到的类似的子结构。一个例子是AS 209中100 au处的外能隙，这表明H $_{13}$ CO $^+$和C $_{18}$ O发射强度随着能隙中的连续谱而降低，而DCO $^+$发射在能隙内部增加。我们的目标是研究两种情况下的DCO $^+$ /H $_{13}$ CO $^+$和DCO $^+$ /HCO $^+$比率在原行星盘间隙中的行为：气体耗尽跟随尘埃耗尽和只有尘埃耗尽。我们首先使用热化学模型ANDES模拟物理磁盘结构。这个1+1D稳态圆盘模型计算气体和尘埃的热平衡，包括FUV、X射线、宇宙射线和其他电离源，以及分子冷却剂的简化化学网络。然后，采用扩展的氘分馏气体-颗粒化学网络计算分子丰度。理想的合成光谱和零阶矩图与石灰。我们能够定性地再现的DCO $^+$强度的增加和减少的H $_{13}$ CO $^+$和C $_{18}$ O强度内的磁盘间隙，这是定性地类似于在外部AS 209间隙中观察到的。相应的圆盘模型假设气体和尘埃都在间隙中耗尽。富气隙模型中，只有尘埃被耗尽，产生的辐射在所有HCO $^+$同位素和C $_{18}$ O中都太亮。DCO $^+$ /H $_{13}$ CO $^+$线比可用于探测CO雪线外尘埃连续间隙中的气体耗尽。DCO $^+$ /C $_{18}$ O线比显示出类似的…
2020-09-21 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.SR
Gaps and Rings in Protoplanetary Disks with Realistic Thermodynamics: The Critical Role of In-Plane Radiation Transport
许多原行星盘在尘埃排放中表现出环形间隙，这可能是行星产生的。旨在解释这些观测结果的行星-盘相互作用的模拟通常以过于简化的方式处理盘热力学，这不能正确地捕获行星驱动的密度波驱动间隙形成的动力学。在这里，我们探讨子结构形成磁盘使用分析计算和流体动力学模拟，包括物理激励处方与行星引起的密度波的辐射效应。第一次，我们的治疗帐户不仅从磁盘表面的冷却，但也为沿磁盘中平面的辐射传输。我们表明，这种面内冷却的特征时间尺度通常比表面冷却的时间尺度短一个数量级，在密度波传播和消散中发挥着关键作用（我们提供了对该时间尺度的简单估计）。我们还表明，在原行星盘（$α\lesssim 10^{-3}$）预期的水平上，粘度对密度波动力学的影响可以忽略不计。使用合成地图的尘埃连续排放，我们发现，由行星产生的间隙的多样性和形状是敏感的物理参数-磁盘温度，质量和不透明度-，确定阻尼的密度波。轨道在$\lesssim 20$ au的行星产生最多样的各种各样的间隙/环结构，虽然显着的变化也发现行星在$\gtrsim 50$ au。通过改进行星-盘耦合物理的处理，我们的结果提出了探索盘中环形子结构的行星解释的新方法。
2020-10-05 astro-ph.EP
On the formation of multiple concentric rings and gaps in protoplanetary disks
当气体盘中行星驱动的螺旋波变陡成激波时，它们会沉积角动量，在盘中打开一个缺口。这已经用线性理论和数值模拟进行了很好的研究，但到目前为止，只针对主旋臂--直接连接到行星上的那个。使用二维流体动力学模拟，我们表明，由行星驱动的第二和第三臂也可以打开缺口，因为他们陡峭的冲击。在低粘度盘（$α= 5\times10^{-5}$）中，表面密度的第二/第三间隙的深度随着时间的推移而增长，因此即使是低质量行星（例如，超级地球或迷你海王星质量）可以打开多个可观测的间隙，只要足够的时间已经过去。将我们的结果应用于HL Tau盘，我们表明，嵌入在68.8 au（B5）环中的单个30地球质量的行星可以合理地再现13.2和32.3 au（D1和D2）的两个主要间隙的位置，并大致再现在mm连续统中看到的64.2和74.7 au（D5和D 6）的另外两个主要间隙。第二/第三间隙的位置被发现是敏感的行星质量和磁盘的温度分布，所以与精确的观测测量的温度结构的多个间隙的位置可以用来约束行星的质量。我们还评论了TW Hya和HD~163296磁盘中看到的间隙。
2017-10-28 astro-ph.EP
The role of gap edge instabilities in setting the depth of planet gaps in protoplanetary discs
众所周知，嵌入的大质量行星会通过与盘材料的角动量交换在原行星盘中打开一个缺口。由此产生的表面密度分布的光盘进行调查，为一维和二维光盘模型，并与以前的工作，它被发现，一维的差距是显着更深的比他们的二维对应相同的初始条件。我们发现，通过应用一维扭矩密度分布的二维磁盘不包含行星，Rossby波的不稳定性和Rossby涡的形成的兴奋起着关键作用，在设置平衡深度的差距。作为二维不稳定性，这在一维模拟中是不存在的，并且不限制那里的平衡间隙深度。我们发现相似的间隙深度之间的二维间隙形成的扭矩密度分布，其中的Rossby波不稳定性是存在的，和二维行星间隙，其中没有Rossby波不稳定性是存在的。如果行星间隙保持在边缘稳定性，即使没有明显的罗斯贝波不稳定性，这也可以理解。进一步的研究表明，最终的平衡间隙深度是非常敏感的形式所施加的扭矩密度分布，并使用改进的一维近似的三维模拟可以进一步减少一维和二维模型之间的差异，特别是对于较低质量的行星。这种行为被发现是一致的，在不同的参数的光盘。
2017-05-22 astro-ph.EP
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
ALMA observations of Elias 2-24: a protoplanetary disk with multiple gaps in the Ophiuchus Molecular Cloud
我们目前ALMA 1.3毫米连续观测在0.2”（25 au）的分辨率Elias 2-24，蛇夫座分子云中最大和最明亮的原行星盘之一，并报告存在三个部分解决同心间隙位于~20，52，和87 au的恒星。我们进行辐射转移建模的磁盘，以限制其表面密度和温度的径向分布和磁盘结构的背景下，能够形成狭窄的差距，如冷凝前和动态清除积极形成行星的机制。特别是，我们估计的磁盘温度在位置的差距为23，15和12 K（分别在20，52和87 AU），非常接近预期的雪线CO（23-28 K）和N2（12-15 K）。类似地，通过假设间隙的宽度对应于形成行星的希尔半径的4-8倍（如数值模拟所建议的那样），我们估计内部、中间和外部间隙的行星质量分别在0.2-1.5 M_Jup、1.0-8.0 M_Jup和0.02-0.15 M_Jup的范围内。考虑到盘的表面密度分布，在这些间隙中的每一个位置（在4到20 M_Jup之间）的“缺失质量”的量足以解释这样的行星的形成。
2017-11-18 astro-ph.EP
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
Chemical Evolution in a Protoplanetary Disk within Planet Carved Gaps and Dust Rings
最近对原行星盘的观测表明，尘埃热连续辐射图中的亚结构在原行星盘中很常见。这些子结构，最突出的环和间隙，形状和改变的化学和物理条件的磁盘，随着尘埃的大小分布。在这项工作中，我们使用一个热化学代码，专注于发生在气体耗尽的差距和富含尘埃的环经常观察到它背后的化学演变。这些空间位置的组成是非常重要的，因为气体和冰涂层颗粒最终将成为气体巨星的大气和/或岩石行星的种子的一部分。我们的模型表明，在间隙的中平面的尘埃温度增加，足以产生局部升华的关键挥发物，并推动分子层更接近中平面，而它减少在富尘环，造成更高的挥发物沉积到尘埃颗粒表面。此外，环本身提供了一个冻结陷阱，用于形成行星的局部流动中的挥发物，成为局部挥发物增强的场所。在气体耗尽的差距，线发射取决于几个不同的参数，如：在表面密度的差距的深度，尘埃子结构的位置，和丰富的常见气体示踪剂，如CO。为了打破这种不确定性之间的丰度和表面密度，其他方法，如磁盘运动学，成为必要的限制磁盘结构及其化学演变。
2020-10-15 astro-ph.EP
Protoplanetary disk rings and gaps across ages and luminosities
自从发现HL Tau盘的多环结构以来，ALMA数据表明，许多（如果不是全部的话）原行星盘的尘埃连续辐射由环和间隙组成，无论它们的光谱型或年龄如何。迄今为止，这些差距的根源仍不清楚。我们提出了一个样本研究的16个磁盘与多个环状结构的连续，使用已公布的ALMA档案数据，比较它们的形态和间隙的位置在一个系统的方式。这16个目标的范围从早期到晚期类型的恒星，从<0.5 Myr to >10百万年，从~0.2到40 L_Sun，包括完整的和过渡的磁盘清除内部尘埃腔。恒星年龄是用新的盖亚距离修正的。间隙位置使用对强度分布的简单径向拟合来导出。利用辐射转移模型，计算了温度分布。间隙半径通常不对应于最常见分子的雪线的轨道半径。雪线模型作为多环系统的共同起源可能被丢弃。此外，在可能与行星共振有关的间隙位置中没有系统的趋势。最后，样品中最古老的盘的外半径减小，这表明如果多环盘以类似的方式演化，外部尘埃环要么随着气体消散，要么成长为星子带。
2019-01-30 astro-ph.EP
Do all gaps in protoplanetary discs host planets?
本研究通过N体模拟检验原行星盘间隙中的假定行星是否为系外巨行星前身，发现三或四颗行星系统偏心率过低且多位于5AU外，五或七颗行星系统不稳定，表明并非所有间隙均宿有行星。
2023-07-20 astro-ph.EP
Puffed-up Edges of Planet-opened Gaps in Protoplanetary Disks. II. The Role of the Planet's Orbital Eccentricity
Academia Sinica Institute of Astronomy and Astrophysics（中央研究院天文及天文物理研究所）；National Center for Theoretical Sciences（国家理论科学中心）；Tsung-Dao Lee Institute, Shanghai Jiao Tong University（上海交通大学汤川研究所）
研究行星轨道偏心率对原行星盘气体和尘埃结构的影响，采用三维多流体流体动力学模拟，发现偏心行星能增强间隙边缘尘埃膨胀、使间隙对尘埃更泄漏、让尘埃环变大变宽，对行星形成理论和相关观测有重要意义。
2026-07-08 astro-ph.EP
Properties of Density and Velocity Gaps Induced by a Planet in a Protoplanetary Disk
原行星盘与嵌入其中的行星之间的引力相互作用是最近ALMA观测中发现的间隙和环的形成机制之一。为了量化的差距不仅测量表面密度，但也旋转速度剖面的属性，我们运行二维流体动力学模拟的原行星盘通过改变三个参数：质量比$q$的一颗行星的中心恒星，盘尺度高度$h_p$的行星的轨道半径$r_p$的比例，和粘度参数$α$。我们发现气体表面密度中的间隙深度$δ_Σ$取决于单个无量纲参数$K\equiv q^2(h_p/r_p)^{-5}α^{-1}$为$δ_Σ= (1 + 0.046K)^{-1}$，与Kanagawa等人（2015 a）的先前结果一致。旋转速度中的间隙深度$δ_V$由$δ_V= 0.007 (h_p/r_p) K^{1.38}/(1 +0.06K^{1.03})$给出。当行星质量$M_p$围绕着盘的热质量$M_{\text{th}}$时，在表面密度和旋转速度两个方面的间隙宽度都有一个最小值，大约为$4.7 h_p$，而当$M_p/M_{\text{th}}$从1增加或减少时，间隙宽度以幂律方式增加。间隙宽度的最小值之所以出现，是因为来自亚热行星的螺旋必须在冲击盘气体并打开间隙之前传播。我们比较我们的关系的间隙的深度和宽度与以前的结果，并讨论其适用性的意见。
2019-09-02 astro-ph.EP
Mass constraint for a planet in a protoplanetary disk from the gap width
一颗巨大的行星在原行星盘中产生了一个缺口，这可能解释了在原行星盘中观察到的缺口。间隙的宽度和深度取决于行星的质量和盘的性质。我们已经进行了二维流体动力学模拟各种行星质量，磁盘的长宽比和粘度，以获得一个经验公式的间隙宽度。间隙宽度与行星质量的平方根、盘纵横比的-3/4次方和粘度的-1/4次方成比例。这个经验公式使我们能够从观测到的间隙宽度来估计嵌入盘中的行星的质量。我们把计算间隙宽度的经验公式应用到HL~Tau盘上，假设ALMA观测到的每个间隙都是由行星产生的，并讨论了间隙内的行星质量。由气隙宽度估算行星质量受观测分辨率和尘埃过滤的影响小于由气隙深度估算行星质量。
2016-03-12 astro-ph.EP
Planet gaps in the dust layer of 3D protoplanetary disks. II. Observability with ALMA
目的：我们提供的ALMA观测的行星间隙，占特定的空间分布的灰尘，结果从一致的气体+尘埃动力学的预测。研究方法：在以前的工作中，我们运行了完整的3D，双流体光滑粒子流体动力学（SPH）模拟嵌入在气体+尘埃T金牛座磁盘的行星，不同的行星质量和粒度。在这项工作中，由此产生的尘埃分布被传递到蒙特卡罗辐射转移代码MCFOST构建合成图像的ALMA波段。然后，我们使用ALMA模拟器产生的图像，包括热和相位噪声的范围内的角分辨率，波长和积分时间，以及不同的倾角，赤纬和距离。我们还制作了假设气体和尘埃混合良好的图像，气体与尘埃的比例为100，与以前的ALMA预测相比，所有这些都是在这个假设下做出的。结果：我们的研究结果清楚地表明了正确纳入粉尘动力学的重要性。我们发现，一个1 M_J的行星在40 AU的轨道上雕刻的差距是可见的，与一个更高的对比度比良好的混合假设将预测。在5M_J行星的情况下，我们清楚地看到内盘的尘埃排放不足，并指出如果在不利的条件下观察，将所得图像解释为具有内孔的过渡盘的风险。行星的特征在更遥远的圆盘中更微弱，但对视线的倾斜或倾斜对ALMA解决间隙的能力几乎没有影响。结论：ALMA有可能在附近恒星形成区域的盘中发现行星的路标。在40 AU轨道上有1颗和5颗M_J行星的情况下，我们给出了探测它们的最佳观测参数。
2012-08-27 astro-ph.EP astro-ph.SR
How Spirals and Gaps Driven by Companions in Protoplanetary Disks Appear in Scattered Light at Arbitrary Viewing Angles
在近红外波段对原行星盘进行的直接成像观测揭示了潜在行星起源的结构。从行星引起的功能的观测签名的调查，到目前为止，集中在磁盘看face-on. Combining三维流体动力学和辐射转移模拟，我们研究了如何出现的螺旋臂和间隙产生的磁盘在近红外散射光的倾角和位置角的变化。我们比较了$3M_{\rm J}$和$0.1M_{\odot}$伴侣的情况，并做出了适合于Gemini/GPI、VLT/NACO/SPHERE和Subaru/HiCIAO/SCExAO测试的预测。我们发现，由外部扰动产生的两个拖曳臂在倾斜系统中可以具有各种形态-它们可能表现为一个拖曳臂;在磁盘的同一侧的两个拖曳臂;或两个臂在相反方向上缠绕。当在高倾角下观察时，行星间隙外部的盘环也可以模仿螺旋臂。我们提出了可能的解释HH 30，HD 141569 A，AK Sco，HD 100546和AB Aur中观察到的特征。我们强调，倾斜的意见，同伴引起的功能不能转换成面对的意见，使用简单和常用的图像去投影。
2016-05-06 astro-ph.EP
Observational Signatures of Planets in Protoplanetary Disks I: Gaps Opened by Single and Multiple Young Planets in Disks
有人认为，最近在过渡盘中发现的间隙和空腔是由行星打开的。为了探索这种情况下，我们结合二维两种流体（气体+粒子）的流体动力学计算与三维蒙特卡罗辐射转移模拟，并研究一个或几个行星打开的间隙的观测签名，与观测进行定性比较。我们发现，一个小到0.2 MJ的行星可以在毫米（mm）波长处产生很深的间隙，在近红外（NIR）波长处几乎没有特征，而多个行星可以在两个波长处打开几个 *10 AU宽的共同间隙。间隙的对比度和间隙尺寸的波长依赖性与数据大致一致。我们还证实了以前的结果，近红外间隙的大小可能小于毫米间隙的大小，由于粉尘-气体耦合和辐射转移的影响。当以中等倾角观察时，由于阴影的存在，一个物理上圆形的中心缺口可能会出现偏离恒星的中心。行星引起的旋臂在近红外波段比在毫米波段更明显。总的来说，我们的研究结果表明，行星开口间隙的情况下是一个很有前途的方式来解释过渡盘的起源。最后，受最近ALMA发布的HL Tau盘图像的启发，我们发现多个狭窄的间隙，被明亮的环很好地分隔开，可以在相对大质量的盘中形成后不久被0.2 MJ行星打开。
2015-07-03 astro-ph.EP
Enhanced Pebble Drift Across Planet-Opened Gaps in Windy Protoplanetary Disks
本研究通过二维多流体模拟发现，磁驱动风能增强卵石漂移，使毫米级颗粒穿透巨行星开凿的间隙，从而影响内盘行星形成。
2025-10-08 astro-ph.EP
On the Dust Signatures Induced by Eccentric Super-Earths in Protoplanetary Disks
我们研究了一个高度偏心的10 $M_{\rm \oplus}$（其中$M_{\rm \oplus}$是地球质量）行星嵌入尘埃原行星盘的尘埃动力学和观测的影响。通过进行高分辨率的二维气体和尘埃双流体流体动力学模拟，我们发现行星的轨道可以在大半径处圆形化。在行星轨道圆化后，部分间隙打开和尘埃环形成发生在行星圆化半径附近，这可以解释在圆盘外部区域观察到的间隙/环。当盘的质量和粘度变低时，我们发现偏心行星甚至可以打开间隙，并在其圆化之前在近心和远心半径附近产生尘埃环。这为解释观测到的尘埃环和原行星盘中的间隙提供了替代方案。在观测中，较低的盘粘度有利于产生较亮的环。当尘埃盘的粘性较低（$α\lesssim2\times10^{-4}$）且圆化速度比尘埃径向漂移快时，偏心行星也可能减缓尘埃盘外部区域的尘埃径向漂移。
2019-10-07 astro-ph.EP
Using Bayesian Deep Learning to infer Planet Mass from Gaps in Protoplanetary Disks
Iowa State University（爱荷华州立大学）；Indian Association for the Cultivation of Science（印度科学促进会）；The University of Western Ontario（西安大略大学）；Academia Sinica（中央研究院）；National Center for Theoretical Sciences（国家理论科学研究中心）
行星诱导的子结构，如环形间隙，从原行星盘的尘埃排放中观察到，提供了一个独特的探测器来表征看不见的年轻行星。虽然基于深度学习的模型在表征地球属性方面优于传统方法，如定制模拟和经验关系，但它缺乏量化与其预测相关的不确定性的能力。在本文中，我们介绍了一种贝叶斯深度学习网络“DPNNet-Bayesian”，它可以从磁盘间隙预测行星质量，并提供与预测相关的不确定性。我们的方法的一个独特之处在于，它可以区分与深度学习架构相关的不确定性和由于测量噪声而导致的输入数据中固有的不确定性。该模型是在使用\textsc{fargo3d}流体动力学代码（具有新实施的固定粒度模块和改进的初始条件）进行磁盘行星模拟生成的数据集上训练的。贝叶斯框架能够在应用于未知观测时估计预测有效性的计量/置信区间。作为一个概念验证，我们应用DPNNet-Bayesian在HL Tau中观察到的尘埃间隙。该网络分别预测了$ 86.0 \pm 5.5 M_{\Earth} $、$ 43.8 \pm 3.3 M_{\Earth} $和$ 92.2 \pm 5.1 M_{\Earth} $的质量，这与基于专门模拟的其他研究相当。
2022-02-23 astro-ph.EP cs.LG
Modeling of deep gaps created by giant planets in protoplanetary discs
一颗巨大的行星嵌入原行星盘中会产生一个缺口。这个过程对理论和观测都很重要。使用二维流体动力学模拟的宽参数范围的调查结果，我们构建了间隙结构的经验公式（即，径向表面密度分布），其可以再现通过二维模拟获得的间隙宽度和深度。这个公式使我们能够判断观测到的间隙是否可能是由嵌入的行星引起的。行星发射的波的传播与间隙结构密切相关。与假定瞬时波浪阻尼的情况相比，它使间隙更宽更浅。流体动力学模拟表明，波不会在波的发射点立即衰减，即使行星的质量与木星一样大。基于水动力模拟的结果，我们还得到了一个经验模型的波的传播和阻尼的情况下，深间隙。一维间隙模型与我们的波传播模型是能够很好地再现间隙结构的流体动力学模拟。对于木星质量的行星，我们还发现波数较小的波（例如，$m=2$）被激发并将角动量传输到远离行星的位置。带有$m=2$的波与行星对面发射的次级波密切相关。
2017-10-29 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
Gaps and Rings: A Near-Universal Trait of Extended Protoplanetary Discs
Leiden University（莱顿大学）；Pontificia Universidad Católica de Chile（智利天主教 Pontificia 大学）
研究发现近邻恒星形成区域中大部分扩展原行星盘存在子结构，如环、间隙和空洞，这表明子结构在原行星盘中普遍存在，对尘埃演化和行星形成有重要影响。
2026-02-13 astro-ph.EP
The dependence of the structure of planet-opened gaps in protoplanetary disks on radiative cooling
本文使用 Athena++ 模拟原行星盘-行星相互作用，定量研究了稳态间隙深度和宽度对行星质量、粘度、盘标高及热弛豫时标的依赖关系，并推导了 AS 209 等系统中开隙行星的可能质量。
2023-10-19 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
High Resolution ALMA Observations of Richly Structured Protoplanetary Disks in $σ$ Orionis
本研究通过ALMA对受O9.5型恒星辐照的猎户座σ星云中8个原行星盘开展高分辨率1.3毫米连续谱观测，发现中等紫外环境下几十au内子结构可稳定存在，同时该区域盘多偏小、50au外间隙罕见。
2024-11-03 astro-ph.EP astro-ph.SR
Dust unveils the formation of a mini-Neptune planet in a protoplanetary ring
环和径向间隙在原行星盘中普遍存在，但它们与行星形成的可能联系目前受到激烈的争论。原则上，巨大的行星形成会导致外盘中气体和尘埃质量储存器的宽间隙，而质量较低的行星会导致主要在尘埃成分上表现出的浅间隙。我们使用阿塔卡马大型毫米/亚毫米阵列（ALMA）来观察恒星HD 169142，它拥有一个突出的圆盘，圆盘上有很深的宽间隙，将圆盘分成内部和外部区域。新的ALMA高分辨率图像允许将外环解析为三个窄环。因此，HD 169142盘既有过渡盘的宽隙特征，也有与TW Hya和HL Tau系统相似的窄环系统。因此，深隙之外的物质库可以容纳环系统。观测到的环在径向范围内是狭窄的（宽度/半径为1.5/57.3，1.8/64.2和3.4/76.0，以金为单位），并具有不对称的相互分离：第一和中间的环被7金分开，而中间和最外面的环被约12金分开。使用流体动力学模型，我们发现，一个简单的解释，涉及一个单一的迁移低质量行星（10 M $_\oplus$），完全占了这样一个明显的复杂现象。行星的向内迁移自然解释了环的不对称相互分离。HD 169142的外环的隔离因此允许概念验证来解释具有小海王星大小的低质量行星形成的原行星盘外部区域的详细结构，即在原太阳星云中。
2019-05-10 astro-ph.EP
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
DPNNet-2.0 Part I: Finding hidden planets from simulated images of protoplanetary disk gaps
Institute of Astronomy and Astrophysics, Academia Sinica（中央研究院天文及天文物理研究所）；Department of Physics and Astronomy, Iowa State University（爱荷华州立大学物理与天文学系）；School of Mathematical and Computational Sciences, Indian Association for the Cultivation of Science（印度科学促进会数学与计算科学学院）；Physics Division, National Center for Theoretical Sciences（国家理论科学中心物理组）；Department of Physics and Astronomy, University of Georgia（佐治亚大学物理与天文学系）；Center for Simulational Physics, University of Georgia（佐治亚大学模拟物理中心）
在原行星盘的尘埃排放中观察到的子结构，如环形间隙，通常被解释为嵌入行星的特征。使用定制的模拟或经验关系将行星间隙模型与这些观测到的特征相拟合，可以揭示隐藏行星的特征。然而，定制的拟合往往是不切实际的，由于不断增加的样本大小和磁盘行星相互作用的复杂性。在本文中，我们介绍了DPNNet-2.0的体系结构，第二个在DPNNet \citep{aud20}系列，设计使用卷积神经网络（CNN，这里特别是ResNet 50）预测系外行星质量直接从模拟图像的原行星盘托管一个单一的行星。DPNNet-2.0还包括一个多输入框架，该框架使用CNN和多层感知器（一类人工神经网络）同时处理图像和磁盘参数。这使得DPNNet-2.0能够直接使用图像进行训练，并增加了考虑磁盘参数（磁盘粘度，磁盘温度，磁盘表面密度分布，尘埃丰度和粒子斯托克斯数）的选项，这些参数来自磁盘行星流体动力学模拟。这项工作提供了所需的框架，是使用计算机视觉（实施CNN）直接从阿塔卡马大（亚）毫米阵列等望远镜在尘埃表面密度图中观察到的行星间隙中提取系外行星质量的第一步。
2021-07-19 astro-ph.EP astro-ph.IM cs.LG
Regularized Maximum Likelihood Image Synthesis and Validation for ALMA Continuum Observations of Protoplanetary Disks
本文利用基于机器学习的RML软件包MPoL，系统评估了不同正则化项和交叉验证策略对ALMA原行星盘连续谱成像的影响，证明RML相比CLEAN可将空间分辨率提升最多3倍，并为构建RML成像工作流程提供了实用建议。
2023-06-16 astro-ph.EP astro-ph.IM
Gaps, rings, and non-axisymmetric structures in protoplanetary disks - Emission from large grains
尘埃颗粒的大小约（分）毫米，预计只有微弱的耦合到气体运动的区域超过10 AU的拱盘。在这项工作中，我们研究了此类颗粒的空间分布对磁化原行星盘（亚）毫米外观的影响。我们进行非理想的全球3D磁流体分层磁盘模拟，包括不同尺寸的颗粒（50微米至1厘米），使用拉格朗日粒子求解器。我们计算的空间尘埃温度分布，包括动态耦合的亚微米尺寸的尘埃颗粒，并通过辐射转移模拟得到理想的连续再发射光盘的地图。最后，我们调查的可行性，以观察特定的结构，在热再发射地图与阿塔卡马大型毫米/亚毫米阵列（ALMA）。死区外缘附近的压力凸起导致颗粒被捕获在环形结构中。更具体地说，圆盘中的涡流集中了灰尘，并在方位角方向上产生了固体材料的不均匀分布。大尺度盘扰动被保留在（亚）毫米再发射图中。观测到的结构与行星-盘相互作用的预期结果非常相似。较大的尘埃颗粒增加了间隙和环结构之间的亮度对比。我们发现，环，间隙和尘埃积累的漩涡可以追溯到ALMA的几个天文单位的规模在位于附近的恒星形成区域的拱星盘。最后，我们提出了一个简短的比较，这些结构与最近发现的ALMA在年轻的拱盘HL头和Oph IRS 48。
2016-03-16 astro-ph.EP
Pebble drift and planetesimal formation in protoplanetary discs with embedded planets
在原行星盘中通常可以观察到近轴对称的间隙和环。关于这些图案的起源的主要理论是，它们是由于嵌入行星的引力扭矩引起的气体间隙边缘的尘埃捕获。如果间隙边缘的固体浓度变得足够高，则可能通过流动不稳定性导致星子形成。我们测试这一假设进行全球1-D模拟尘埃演化和星子形成的原行星盘，是由多个行星扰动。我们探索了不同的颗粒大小，盘参数和行星质量的组合，并发现在所有这些情况下，星子的形式。我们还比较了我们的模拟与原行星盘观测卵石的空间分布。大于一个卵石隔离质量的行星在其气体间隙的边缘有效地捕获漂流的卵石，并且取决于间隙边缘的星子形成的效率，原行星盘在几十万年内转变为具有没有灰尘的大内孔的过渡盘或具有狭窄明亮环的盘。对于行星质量低于卵石隔离质量的模拟，结果是一个具有一系列弱环图案的圆盘，但环之间没有强烈的耗尽。将卵石的大小人为地降低到100微米大小的“淤泥”，我们发现行星之间的区域在长达50万年的时间尺度上耗尽了它们的卵石质量。这些模拟产生的星子也比标称模型中的毫米级粒子少，并且在100万年后仍然可以看到至少两个卵石环。
2020-01-29 astro-ph.EP
Formation of multiple dust rings and gaps in protoplanetary discs by a single migrating planet II: radiative discs and observational signatures
Ludwig-Maximilians-Universität München（慕尼黑大学）；Institute for Theoretical Astrophysics, centre for Astronomie (ZAH), Heidelberg University（海德堡大学理论天体物理研究所）；Max Planck Institute for Astronomy（马克斯·普朗克天文学研究所）
通过高分辨率流体动力学模拟，研究低粘度辐射盘中单个迁移行星能否产生可观测的尘埃结构，发现行星迁移跳跃可形成多个尘埃环和间隙，且结构寿命至少400 kyr，冷却模型对迁移行为有决定性影响。
2026-07-14 astro-ph.EP
Wide Dust Gaps in Protoplanetary Disks Induced by Eccentric Planets: A Mass-Eccentricity Degeneracy
金牛座T星周围的原行星盘亚毫米图像中的间隙环结构被广泛认为是由于嵌入的原行星在其出生盘上的潮汐扰动造成的。这一过程的数值模拟已被用来提出缩放的特征尘埃间隙宽度/间隙环距离相对于行星质量。应用这样的比例来分析观测到的间隙样本，产生了一个连续的质量分布，在几个地球到木星质量范围内的假设行星的丰富人口。相比之下，传统的核心吸积方案的行星形成预测的双峰质量函数，由于1）以上的失控气体吸积\sim 20地球质量和2）抑制吸积引起的间隙打开。在这里，我们研究的尘埃盘响应偏心行星的潮汐扰动作为一个可能的解决方案，这个悖论。基于模拟的气体和尘埃分布，我们表明，海王星质量的行星与小偏心率的间隙环分离可能会变得与土星质量的行星在圆形轨道上引起的。这种简并可以消除理论双峰质量分布和观察到的连续间隙宽度分布之间的差异。尽管阻尼由于行星盘的相互作用，适度的偏心率可以维持在相对厚的磁盘或通过多个超级地球之间的共振激励的外部区域。此外，小偏心率行星引起的环状尘埃分布即使在低粘度环境中也是轴对称的，这与ALMA图像中涡旋的缺乏一致。
2021-10-14 astro-ph.EP
Gap Opening in Protoplanetary Disks: Gas Dynamics from Global Non-ideal MHD Simulations with Consistent Thermochemistry
本文通过2D全球非理想MHD模拟研究行星在原行星盘中开启环隙的气体动力学，发现环隙中磁通量集中且电离度更高，磁场驱动快速子午环流，并提供了扩散率拟合公式供未来3D模拟使用。
2023-06-01 astro-ph.EP astro-ph.SR
A young gas giant and hidden substructures in a protoplanetary disk
本研究利用ALMA 3 mm观测在MP Mus原行星盘中揭示了隐藏的次结构，并结合Gaia天体测量数据与流体动力学模拟，间接探测到一颗位于1-3 au的年轻气态巨行星。
2025-07-15 astro-ph.EP astro-ph.SR
High resolution millimetre imaging of the CI Tau protoplanetary disc - a massive ensemble of protoplanets from 0.1 - 100 au
我们提出了高分辨率毫米连续成像的光盘周围的年轻恒星CI头，系统托管的第一个热木星候选人在原行星盘系统。该系统具有扩展的mm发射，其上叠加有三个突出的环形间隙，半径为~ 13，39和100 au。我们认为，这些差距是最有可能产生的大质量行星，使包括热木星，该系统包含四个气体巨行星的年龄只有200万年。其中两颗新行星的位置与著名的HL Tau原行星盘中推断的位置相似;在CI Tau中，额外的观测数据使系统性质的分析比HL Tau更完整。我们的尘埃和气体动力学模型满足了所有可用的观测约束，并指出了在这个年龄段探测到的最大的系外行星系，其四颗行星的轨道半径为1000倍。我们的结果表明，在较老的恒星中观察到的更宽轨道上的热彗星和气体巨星之间的联系显然是在早期演化阶段。
2018-09-21 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.SR
Spirals, rings, and vortices shaped by shadows in protoplanetary disks: from radiative hydrodynamical simulations to observable signatures
通过辐射流体动力学模拟，发现阴影边缘激发螺旋并耗散形成环和涡旋，解释了原行星盘中的径向子结构，并预测了可观测特征。
2025-04-27 astro-ph.EP astro-ph.SR
Iceline Variations Driven by Protoplanetary Disc Gaps
本研究利用MCMax代码模拟原行星盘间隙对二维热结构和挥发性元素分离的影响，发现行星引发的冰线偏移可达6.5 AU，揭示了行星对其吸积物质成分的潜在反馈机制。
2023-09-14 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
