Fragmentation with Discontinuous Galerkin schemes: Non-linear fragmentation
小颗粒在化学、辐射转移、气体/尘埃动力学等天体物理过程中起着至关重要的作用。小颗粒的数量主要是通过碰撞颗粒的破碎过程来维持的。在数值模拟中需要对尘埃破碎进行精确处理。然而,目前求解碎裂方程的算法在三维模拟条件下存在过度扩散的问题。为了解决这个问题,我们开发了一个不连续的Galerkin计划,有效地解决了有限数量的垃圾箱的非线性破碎方程。
2022-08-05 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.IM
Can the Growth of Dust Grains in Low-Metallicity Star-Forming Clouds Affect the Formation of Metal-Poor Low-Mass Stars?
一颗金属丰度<4.5 × 10 ^{-5} Z_sun的低质量恒星的发现揭示了尘埃在极端贫金属恒星形成中的关键作用。在本文中,我们探讨的尘埃颗粒的增长,通过吸积的气体难熔元素在非常低的金属丰度的前星核的尘埃排放冷却引起的云碎裂的效果。利用一个简单的重力坍缩气体中的晶粒生长模型,我们证明了在金属丰度为-5 <~ [Fe,Si/H] <~-3的云中,当氢密度为~10^{10}-10 ^{14} cm^{-3}时,Fe和Si晶粒可以有效地生长。当晶粒生长超过临界金属数丰度时,若晶粒初始半径不大于1 μ m或粘附概率不大于0.01,则晶粒生长导致气云碎裂的临界金属数丰度约为A_{crit} ~ 10^{-9}-10 ^{-8}。我们发现,即使初始的尘埃与气体的质量比远低于尘埃引起的碎片所需的最小值,晶粒生长增加了尘埃质量足够高,导致气体碎片成亚太阳质量块。我们认为,只要满足临界金属丰度,晶粒长大对低至10^{-5} Z_sun的低质量恒星的形成起着重要作用.
2012-08-01 astro-ph.GA astro-ph.SR
General non-linear fragmentation with discontinuous Galerkin methods
针对天体物理尘埃破碎算法的数值过扩散问题,推导了一般非线性破碎的守恒形式,并应用高阶间断伽辽金方法高效求解,在20个分箱下实现0.1-1%精度。
2024-08-25 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.SR
Dust grain growth and the formation of the extremely primitive star SDSS J102915+172927
低金属量恒星形成区的尘埃颗粒可能是第一批低质量恒星形成的原因。激活粉尘诱导碎裂的最低条件要求气体预先富集到临界粉尘-气体质量比Dcr=[2.6--6.3 x10 ^-9]以上,扩散反映了对颗粒特性的依赖性。最近发现的星系晕星SDSS J102915+172927的恒星质量为0.8 Msun,金属丰度为Z= 4.5 x10 ^-5 Zsun,是尘埃诱导的低质量恒星形成的最佳候选者。事实上,对于两个最有可能的III族超新星祖先,20 Msun和35 Msun,只要至少有0.4 Msun的尘埃凝结在喷出物中,就可以克服临界尘埃与气体质量比,允许反向冲击适度破坏。在这里,我们表明,即使在第一次超新星尘埃形成的效率较低,或强烈的尘埃破坏确实发生,在母气体云的崩溃过程中,颗粒的生长是足够快的激活尘埃冷却和可能的碎片成低质量和长寿的恒星。硅酸盐和磁铁矿颗粒在10^9 /cc < nH<10^12 /cc的密度范围内,通过增加气相物质(SiO、SiO2和Fe),可以经历显著的颗粒生长,直到它们的气相丰度下降到零,达到冷凝效率=1。尘埃与气体质量比的相应增加使得尘埃诱导的冷却和碎裂在10^12 /cc < nH < 10^14 /cc时被激活,在坍缩云变得光学厚到连续辐射之前。我们发现,对于SDSS J102915+172927母云的所有初始条件,尘埃驱动的碎片能够解释恒星的形成。
2014-01-20 astro-ph.GA astro-ph.SR
Coagulation-Fragmentation Equilibrium for Charged Dust: Abundance of Submicron Grains Increases Dramatically in Protoplanetary Disks
本文通过数值求解 Smoluchowski 凝聚-碎裂方程,研究原行星盘内盘区域中静电排斥与碎裂对尘埃演化的联合效应,发现碎裂能有效补充静电势垒下的小颗粒,使亚微米颗粒平衡丰度比中性尘埃提高数个数量级。
2023-06-28 astro-ph.EP astro-ph.SR
Aeolian erosion in protoplanetary discs: How impactful it is on dust evolution?
本文通过一维和三维模型模拟,发现风蚀在考虑径向漂移、碎裂和尘埃陷阱时对原行星盘尘埃演化影响可忽略,但可能影响后期阶段。
2024-02-27 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.SR
Nonlinear Outcome of Coagulation Instability in Protoplanetary Disks II: Dust Ring Formation Mediated by Backreaction and Fragmentation
在我们以前的工作(论文I)中,我们证明了凝聚不稳定性的结果,粉尘浓度对耗尽由于径向漂移和加速粉尘增长的本地。在这项工作中(文件II),我们进行数值模拟的凝聚不稳定性考虑到气体和碰撞破碎的尘埃颗粒的反反应的影响。我们发现,由于逆反应的粉尘漂移的减速调节粉尘浓度的非线性增长阶段的凝聚不稳定性。粉尘与气体的表面密度比从$10^{-3}$增加到$\sim10^{-2}$。在我们的磁盘模型中,每个产生的尘埃环往往具有$\simeq0.5M_{\oplus}-1.5M_{\oplus}$的质量。与论文I相比,尘埃表面密度分布在每个尘埃环处显示出局部平台结构。尽管在非线性增长的规则,有效粉尘浓度降低了它们的碰撞速度。结果,尘埃颗粒可以生长到碎裂势垒之外,并且无量纲停止时间达到了文献I中的1。尘埃有效增长的必要条件是(1)$α<1\times10^{-3}$的弱湍流和(2)大的尘埃破碎临界速度($> 1$ m/s)。外层区域的有效尘埃聚集将减少向内的卵石通量,并有望通过卵石吸积来减缓行星形成。我们还发现,由此产生的环可以是不稳定的长期引力不稳定性(GI)。随后的长期GI促进了星子的形成。因此,我们预计,这些不稳定性的组合是一个有前途的尘埃环和星子形成的机制。
2022-10-05 astro-ph.EP astro-ph.SR
Optical/Near-IR Polarization Survey of Sh 2-29: Magnetic Fields, Dense Cloud Fragmentations and Anomalous Dust Grain Sizes
Sh 2-29是一个引人注目的恒星形成区,以存在大质量嵌入恒星以及几个值得注意的星际结构为标志。在这项研究中,我们的目标是确定磁场的作用,并研究在这种湍流环境中星际尘埃颗粒的大小分布。我们使用了一组光学和近红外偏振数据获得的OPD/LNA(巴西)和CTIO(智利),与消光图,2 MASS数据和图像从DSS和斯皮策。该区域最显著的特征是一个被扫过的星际空腔,其极化图显示磁场线被向外拖曳,沿着其边界堆积。这导致更高的磁场强度值($\approx400\,μ$ G)和偏振度的突然增加,这可能是由于取向效率的增强。此外,高密度的云碎片与峰值$A_{V}$之间的20和37等可能是由它的扩张。$24\,μ$ m点状源的存在表明在这个致密的环境中可能有新生恒星。的角色散函数的统计分析显示领域的场线排列在一个有序的模式,似乎是由于压缩效应的HII区域膨胀。最后,Serkowski函数拟合被用来研究的总选择性消光比,揭示了一个双重人口的异常颗粒尺寸。这一趋势表明,在该地区存在着星际颗粒的凝聚和破碎效应。
2013-10-25 astro-ph.GA astro-ph.SR
Metals, dust and the cosmic microwave background: fragmentation of high-redshift star-forming clouds
研究了宇宙微波背景(CMB)辐射场对星前云坍缩的影响。使用半解析模型跟踪不同初始金属丰度和尘埃含量的云在不同红移下的热演化,我们自洽地研究了云碎裂时的平均Jeans质量对金属线冷却、尘埃冷却和CMB的响应。在没有尘埃颗粒的情况下,当红移z < 10时,当金属丰度为10^{-4} Zsun < Z < 10^{-2.5} Zsun时,会形成中等特征质量(相当于10 s的Msun);在更高的金属丰度下,CMB抑制碎裂,只形成非常大的质量(相当于~ 100 s的Msun)。这些影响在z > 10时变得更加显著,并且碎裂质量尺度总是> Msun的100 s,与初始金属丰度无关。当尘埃颗粒存在时,亚太阳质量碎片会在任何红移(金属丰度Z > 10^{-6} Zsun)处形成,因为尘埃冷却对CMB的存在相对不敏感。当Z > 10^{-3} Zsun时,宇宙微波背景辐射在z > 5时对尘埃颗粒的加热有利于形成更大的质量,当Z > 10^{-2} Zsun且z > 10时,这些质量成为超太阳质量。最后,我们讨论了我们的结果的解释非常贫金属恒星的观测丰度模式的星系晕的影响。
2009-10-19 astro-ph.CO astro-ph.SR
Dust coagulation and fragmentation in molecular clouds. I. How collisions between dust aggregates alter the dust size distribution
在密集的分子云中,尘埃颗粒之间的碰撞改变了ISM尘埃的尺寸分布。我们研究这个过程中插入的结果从详细的数值模拟两个碰撞的尘埃聚集到凝聚模型,计算随时间的尘埃粒度分布。所有碰撞的结果--粘附、破碎(破碎、断裂和侵蚀)--都包括在内,对聚集体内部结构的影响也列在表格中。尘埃聚集演化模型被应用于温度为10 K、气体密度在10^3 ~ 10^7 cm^-3之间的均匀静态云。在约10^7年的时间尺度上,局部跟踪了凝固过程。我们发现,增长可以分为两个阶段:增长为主的阶段和破碎为主的阶段。最初,质量分布相对较窄,并随时间推移而转变为较大的尺寸。在某一点上,取决于颗粒的材料性质以及气体密度,碰撞速度将变得足够有能量以使颗粒破碎,停止生长并补充较低质量的颗粒。最终,达到稳定状态,其中质量分布的特征在于每个对数尺寸箱的质量量大致相等的质谱。实现的增长量取决于云的生命周期。如果云存在于自由落体时间尺度上,则凝结对粉尘粒度分布的影响非常小。另一方面,如果云有长期的支持机制,凝聚的影响是重要的,导致显着降低的不透明度的时间尺度长于大颗粒之间的初始碰撞时间尺度。
2009-06-09 astro-ph.EP astro-ph.SR
Evading the dust fragmentation barrier with the streaming instability in protoplanetary disks
Université Paris-Saclay, Université Paris Cité, CEA, CNRS, AIM(巴黎萨克雷大学,巴黎西岱大学,法国原子能和替代能源委员会,法国国家科学研究中心,天体分子研究所);American Museum of Natural History(美国自然历史博物馆)
研究通过流体不稳定性增强尘埃团聚,克服尘埃碎裂障碍,促进行星esimal形成。
2025-11-27 astro-ph.EP astro-ph.SR
The first low-mass stars: critical metallicity or dust-to-gas ratio?
我们探索的最低条件,使金属丰富的太阳和亚太阳质量的恒星的形成。我们发现,在没有尘埃颗粒的情况下,当金属丰度超过Z ~ 10^{-4} Zsun时,气体碎裂发生在密度为nH ~ [10^4-10^5]cm^{-3}处。产生的碎片质量大于10兆太阳能。包含Fe和Si冷却并不影响热演化,因为这是由分子冷却主导的,即使对于金属丰度大到Z = 10^{-2} Zsun。尘埃的存在是形成低质量恒星的关键驱动力。我们专注于三个有代表性的核心塌陷超新星(SN)的祖先,并考虑的影响,反向冲击的强度增加:这些减少的耗尽因子,fdep = Mdust/(Mdust+Mmet),改变形状的粒度分布函数和修改的相对丰度的颗粒物种和金属物种的气相。我们发现,对于由20 Msun原始SN爆炸预富集的气体,发生碎裂的最低金属丰度为Z=10^{-6} Zsun(fdep > 0.22)和/或35 Msun,Z=10^{-4} Zsun SN(fdep > 0.26);当气体被Z = 10^{-4} Zsun,20 Msun SN(fdep > 0.04)预富集时,它大约大1倍。云的破碎取决于损耗因子,当反向冲击导致尘埃颗粒的破坏过大时,云的破碎被抑制。这些特征都与存在一个最小的粉尘-气体比率Dcr相一致,超过这个比率,碎裂就被激活。我们推导出Dcr的简单解析表达式,对于本研究中探索的颗粒成分和性质,其读数为Dcr …
2011-09-13 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.SR
Impacts of viscous dissipation on collisional growth and fragmentation of dust aggregates
了解由亚微米大小的颗粒组成的尘埃聚集体的碰撞行为对于揭示星子如何在原行星盘中形成至关重要。已知单个尘埃粒子的碰撞行为强烈地依赖于粘性耗散力的强度,然而粘性耗散对尘埃聚集体碰撞行为的影响尚未得到详细研究,特别是对于斜碰撞的情况。在这里,我们研究了粘性耗散对尘埃聚集体碰撞行为的影响。我们进行了数值模拟的两个相同质量的尘埃聚集体之间的碰撞与不同的碰撞速度和碰撞参量。系统地改变了粘性耗散力的大小。当考虑斜碰撞时,尘埃凝聚体破碎的临界碰撞速度几乎不依赖于粘性耗散力的大小。当考虑粘性耗散力时,破片的尺寸分布发生了明显的变化。得到了强耗散情况下尘埃碎片尺寸分布的经验拟合公式,这对研究原行星盘中尘埃聚集体的尺寸和空间分布的演化具有重要意义.
2022-05-27 astro-ph.EP astro-ph.SR cond-mat.soft
The role of the magnetic field in the fragmentation process: the case of G14.225-0.506
预测B场在外延结构的形成及其碎裂过程中起作用。我们的目的是调查的作用,在核心碎裂的过程中的B-场的中心-细丝系统在IRDC G14.2,这表现出不同的碎裂水平。我们使用CSO对中心进行了350 μm处的热尘埃偏振观测。我们应用极化强度梯度法来估计B场对G力的重要性。中心-N中的B场沿E-W方向显示出均匀的结构,垂直于中心-灯丝系统的主轴。中心-N的I-梯度显示了一个局部最小值,与用干涉观测探测到的尘芯MM 1a相吻合。当接近粉芯时,B场方向被扰动。集线器-S显示2个局部最小值,反映了B场的双峰分布。在中心-N中,中心-细丝系统的E和W,I-梯度和B-场是平行的,而它们在穿透细丝和中心时倾向于垂直。对δ-和β-B-图的分析表明,B-场不能阻止坍缩,这表明B-场最初被下落运动拖曳并与之对齐,或者从两侧向中央脊引导物质。在包含尘埃发射峰的南北向脊附近发现了δ B > 1的值,这表明在这个区域B场超过G力,或者说在目前的角分辨率下,我们无法分辨假设的更复杂的结构。我们估计了B场强度、MtF比和A-M数,并发现了2个集线器之间的差异。在这两个枢纽中观察到的不同程度的碎片化可能是由于B场性质的差异,而不是G场强度的不同。
2020-11-06 astro-ph.GA astro-ph.SR
Dust size distributions in coagulation/fragmentation equilibrium: Numerical solutions and analytical fits
上下文星周盘中的颗粒被认为是通过相互碰撞和随后的表面力粘附而生长的。许多涉及星周盘的研究领域,如辐射转移计算、盘化学、磁流体动力学模拟等,其结果在很大程度上依赖于未知的颗粒尺寸分布。目标。由于晶粒生长和破碎的详细计算都是数值上的挑战和计算昂贵的,我们的目标是找到简单的配方和分析解决方案的晶粒尺寸分布在拱星盘的情况下,晶粒生长是有限的破碎和径向漂移可以忽略不计。方法.我们推广了以前的自相似稳态晶粒分布的分析工作。进行数值模拟,以确定在何种条件下的晶粒尺寸分布可以理解的幂律分布的组合。一个物理动机拟合公式的晶粒尺寸分布推导出使用我们的分析预测和数值模拟。结果我们发现解析结果和数值解的Smoluchowski方程的简单形状的核函数之间的协议。更复杂和现实的情况下的结果可以拟合本文提出的物理动机的“黑匣子”配方。研究结果表明,粉尘分布的形状主要受气体表面密度(而不是粉尘与气体的比值)、湍流强度和温度的控制,并不服从MRN型分布。
2010-09-15 astro-ph.EP astro-ph.SR
Coagulation and Fragmentation in molecular clouds. II. The opacity of the dust aggregate size distribution
分子云中的尘埃粒度分布受冰幔形成和(随后的)颗粒凝聚的强烈影响。根据以前的工作,其中粉尘粒度分布已计算出从国家的最先进的碰撞模型的粉尘聚集体,涉及凝聚和破碎(纸I),相应的不透明度在这项研究中。应用有效介质理论,假定尘埃聚集体是0.1μm的硅酸盐和石墨颗粒的混合物,真空条件下,计算了尘埃的不透明度。特别是,我们探讨了凝聚如何影响近红外不透明度和9.7μm硅酸盐特征的不透明度。我们发现,随着尘埃聚集体生长到μ m尺寸,9.7 μm特征中的近红外颜色过剩和不透明度都增加。尽管它们凝结,多孔聚集体有助于延长9.7μm特征的存在。我们发现,在硅酸盐功能和近红外颜色过剩的不透明度之间的比例变得较低的ISM,根据许多观测的乌云。然而,这一趋势主要是由于冰幔的形成和混合材料组成的聚集体,而不是由凝固驱动。随着更强的增长,当大多数尘埃质量存在于10μm或更大的颗粒中时,近红外颜色过剩和9.7μm硅酸盐特征都显着减少。在其他波长,特别是在亚毫米范围内的观测,是必不可少的,以提供密集的核心内的尘埃粒度分布的定量约束。我们的结果表明,亚毫米指数β将略有增加,如果聚集体生长到100μm的大小。
2011-06-16 astro-ph.EP astro-ph.SR
Growth and fragmentation of centimetre-sized dust aggregates: the dependence on aggregate size and porosity
我们进行三维光滑粒子流体动力学模拟球形均匀的二氧化硅粉尘聚集体的质量和孔隙率的聚集体如何影响他们的能力,在各种不同的碰撞速度(1 - 27.5米/秒之间)的影响。我们探讨了如何阈值速度的碎裂与这些参数的变化。至关重要的是,我们发现,孔隙度起着至关重要的一部分,在确定碰撞的结果。特别地,我们发现填充因子>37%的聚集体被显著地削弱,并且聚集体生长的速度区域被减小或甚至不存在(相反,聚集体彼此反弹或破裂)。在填充因子小于~37%时,我们发现更多的多孔物体更弱,但不如填充因子> 37%的高度致密物体那么弱。此外,我们发现,(对于一个给定的聚集密度)非常不同的质量物体之间的碰撞有更高的阈值速度比非常相似的质量物体之间的。我们发现,破碎速度高于典型值1米/秒,甚至可以发生增长的速度高达27.5米/秒。因此,虽然如果不同尺寸的物体之间发生碰撞或者如果聚集体是填充因子<37%的多孔的,则聚集体的生长更有可能,但是如果聚集体变得太致密,则也可能受到阻碍。
2013-08-04 astro-ph.EP astro-ph.SR
Supernova dust formation and the grain growth in the early universe: The critical metallicity for low-mass star formation
我们研究了早期宇宙中低质量第二代恒星的形成条件。有人提出,尘埃热辐射导致的气体冷却可以触发低金属量恒星形成气体云的碎裂。为了确定尘埃冷却导致低质量恒星形成的临界条件,我们用单区半解析坍缩模型跟踪坍缩云的热演化。早期的研究假设了局部宇宙中的尘埃量,其中所有的耐火元素都耗尽到晶粒上,和/或假设气体坍缩期间的尘埃量恒定。在本文中,我们采用早期超新星尘埃形成和破坏的模型,推导出现实的尘埃成分和大小分布的多个物种作为我们的崩溃计算的初始条件。我们还跟踪了气相中重元素在尘埃颗粒上的吸积,即,在气体收缩期间的晶粒生长。我们发现,晶粒生长很好地改变了云的碎裂属性,这仍然没有接近本地宇宙中的值。临界条件可由气相金属丰度Zcr和气相金属在颗粒上的初始消耗效率fdep,0或粉尘与金属的质量比表示为(Zcr/10^{-5.5} Zsun)=(fdep,0/0.18)^{-0.44},在Zcr = [0.06--3.2 x10 ^{-5} Zsun范围内具有小的分散。我们还表明,初始粉尘成分和粒度分布是重要的,以确定Zcr。
2014-10-30 astro-ph.GA astro-ph.SR
Self-induced dust traps: overcoming planet formation barriers
行星形成被认为发生在年轻恒星周围的圆盘中,由小尘埃颗粒聚集成大得多的物体。从颗粒到卵石,从星子到行星的生长过程现在已经相当清楚了。然而,发现中间阶段受到径向漂移和碎裂障碍的阻碍。我们确定了一个强大的机制,其中灰尘克服这两个障碍。它的关键成分是i)从尘埃到气体的逆反应,ii)晶粒生长和破碎,以及iii)大规模梯度。不断增长和破碎的颗粒堆积在一起,大规模地改变了气体结构,并引发了压力最大值的形成,颗粒被困在其中。我们表明,这些自诱导尘埃陷阱是强大的:他们开发了广泛的光盘结构,碎片阈值和初始的尘埃气体比。它们是鹅卵石成长为星子的最佳地点,从而为行星的形成开辟了新的道路。
2017-08-31 astro-ph.EP astro-ph.SR
Investigating fragmentation of gas structures in OB cluster-forming molecular clump G33.92+0.11 with 1000 AU resolution observations of ALMA
我们报告新的,$\sim$ 1000 AU的空间分辨率观测225 GHz的尘埃连续辐射对OB集群形成的分子团G33.92+0.11。在秒差距尺度上,这个分子团呈现出围绕两个中心质量($\gtrsim$ 100 $M_{\odot}$)核心的几个臂状致密气体结构的形态。从新的,更高分辨率的观测,我们确定了28个本地化的,空间紧凑的尘埃连续发射源,这可能是年轻的恒星对象的候选人。其中只有一个没有嵌入已知的臂状(或细长)致密气体结构中。这些紧凑源的空间分离可以很好地解释了牛仔裤长度。我们发现,G33.92+0.11可以一致地描述一个边缘离心支持,Toomre不稳定的吸积流,这是大约在一个正面的投影。臂状的高密度是图姆雷不稳定性的自然结果,它可以在比全球团块收缩的时间尺度更短的时间尺度内碎裂形成年轻的恒星物体。在我们分辨的空间尺度上,还没有证据表明,碎片化是由湍流、磁场或恒星反馈停止的。
2018-12-05 astro-ph.GA astro-ph.SR
Models and Observational Predictions of Dust Traps in Protoplanetary Discs
University College London(伦敦大学学院)
研究通过模型和观测分析,探讨原行星盘中尘埃陷阱的形成机制及影响因素,强调尘埃破碎速度与粘性参数对尘埃保留和观测特征的关键作用。
2026-01-05 astro-ph.EP astro-ph.SR
Fragmentation in Dusty Low-Metallicity Star Forming Halos
宇宙中的第一批恒星,被称为第三星族,被认为与现在形成的恒星相比质量非常大。由于第一代恒星的反馈改变了星际介质的含量,宇宙切换到低质量的恒星形成模式,这种模式在当代形成的高金属量恒星中继续存在。有几项研究调查了无金属和富金属恒星形成之间的过渡,初步证据表明,由于原子和分子的过渡,金属丰度阈值接近10^-3.5 Z_sun,而另一个阈值接近10^-5.5 Z_sun,这是由于尘埃。在这项工作中,我们模拟恒星的形成,在理想化的低金属晕使用AMR代码恩佐。我们对10^6 M_sun和10^7 M_sun晕进行了几次模拟,其中金属含量,初始旋转和湍流程度是不同的,以研究这些属性对密度范围内气体碎裂的影响。我们找到了对临界金属丰度的初步支持,但是我们观察到的不同金属丰度对气体的影响并不像早期研究中报道的那样引人注目。我们发现,在晕中的初始自旋或初始湍流水平与其中所含气体的最终性质之间没有明确的关系。此外,我们发现,在何种程度上的牛仔裤的长度是细化,气体的初始密度分布,并列入氘化学每个有显着的影响,气体的演变和分裂的晕-特别是,我们发现,至少需要64个网格单元,以覆盖牛仔裤的长度,以正确地解决分裂。
2013-09-16 astro-ph.CO astro-ph.SR
The stellar IMF at very low metallicities
第一个星族的形成理论(Pop III)预测了一个由高质量恒星主导的初始质量函数(IMF),与现今的IMF相反,它倾向于产生大多数质量小于1 M_Sol的恒星。关于特征恒星质量转变的主要理论预测,其原因是金属丰度增加所提供的额外冷却。特别是在很高的密度下,尘埃可以超过H_2成为主要的冷却剂。这项工作的目的是确定粉尘冷却对极低金属含量气体破碎的影响。为了研究这一点,我们利用高分辨率的流体动力学模拟与下沉粒子,以取代收缩的原恒星,并分析恒星形成云的崩溃和进一步分裂。我们通过求解完整的热能方程来跟踪气体的热力学响应,并且还跟踪尘埃温度和气体化学演化的行为。我们模拟了四个具有不同金属丰度(10^{-4},10^{-5},10^{-6} Z_Sol和0)的云,并确定了每个云在其经历引力破碎时的性质。我们发现在所有四种情况下的碎片的证据,因此得出结论,没有临界金属丰度低于碎片是不可能的。然而,在Z = 10^{-5} Z_Sol时,云的行为发生了明显的变化,这是由于在这个金属丰度下,碎裂比吸积需要更长的时间,导致在较低金属丰度下的质量函数平坦。
2012-03-30 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.SR
ALMA-IMF XX: Core fragmentation in the W51 high-mass star-forming region
本研究利用ALMA长基线与短基线观测,识别W51区域核碎裂,发现大质量核容纳更多前/原恒星天体,且热金斯质量不足以解释碎块质量,未碎裂核更大、更轻、更稀疏。
2025-09-08 astro-ph.GA astro-ph.SR
Fragmentation and disk formation in high-mass star formation: The ALMA view of G351.77-0.54 at 0.06" resolution
目的:解析高质量热核区G351.77-0.54周围的小尺度结构,研究其盘和碎裂性质。研究方法:使用ALMA在690 GHz的基线超过1.5km,我们研究了致密气体,尘埃和外流排放在前所未有的空间分辨率为0.06”(130AU@2.2kpc)。结果:在1000 AU以内,G351.77至少分裂成4个核(亮温在58 ~ 197 K之间)。直径约为0.5英寸的主要submm源#1周围的中心结构没有显示出额外的碎片。CO(6-5)线翼发射显示出从源#1发出的西北方向的流出波瓣,而致密气体示踪剂CH 3CN显示出垂直于流出的速度梯度,其指示旋转运动。对2号亚毫米级源的吸收剖面测量表明,其吸积速率约为10^{-4}至10^{-3}M_sun/yr,这可以被认为是平均吸积速率的上限。的位置-速度图是一致的中央旋转盘状结构嵌入在一个下降的信封,但他们也可能受到外流的影响。利用CH_3CN(37_k-36_k)k-阶梯,在激发温度高达1300 K的条件下,我们得到了源#1的气体温度图,其温度往往超过1000 K。亚毫米连续谱的亮温不超过200 K。气体温度和submm尘埃亮度温度(在光学厚度极限)之间的这种差异表明,尘埃可能跟踪磁盘中平面,而气体可能跟踪一个更热的气态磁盘表面层。此外,我们进行了一个像素的Toomre引力稳定性分析的中心旋转结构。整个结构中的高Q值证实了这个中心区域在重力不稳定性下是…
2017-03-21 astro-ph.GA astro-ph.SR
A simple model for the evolution of the dust population in protoplanetary disks
内容:尘埃的全球大小和空间分布是原行星盘的结构和演化以及更大天体(如星子)形成的重要因素。目的:我们的目标是推导出简单的方程,解释全球的尘埃表面密度分布和粒度分布的上限,可以很容易地用于进一步建模或解释观测数据的演变。研究方法:我们已经开发了一个简单的模型,遵循的尘埃粒度分布的上端和尘埃表面密度分布的演变。这个模型是校准与国家的最先进的模拟尘埃演化,治疗尘埃的生长,破碎,并在粘性不断发展的气体盘运输。结果:我们发现非常好的协议之间的完整的灰尘演变代码和玩具模型在本文中提出的。我们推导出的分析配置文件,描述的尘埃-气体比和尘埃表面密度分布以及在原行星盘,以及由固体材料的径向通量“雨出”,这是至关重要的触发任何引力辅助形成的星子。我们发现,碎片化是在磁盘的内部区域的主导作用,导致尘埃表面密度指数为-1.5,而在以后的时间外部区域可以成为漂移为主,产生尘埃表面密度指数为-0.75。我们的研究结果表明,径向漂移是没有效率的破碎尘埃颗粒。这支持了这样一种理论,即小的尘埃颗粒是由于盘的湍流状态而被碎片化补充的。
2012-01-27 astro-ph.EP astro-ph.SR
Gravitoviscous protoplanetary disks with a dust component. V. The dynamic model for freeze-out and sublimation of volatiles
原行星盘中各种挥发性物质的雪线与气体成分和尘埃物理性质的突变有关。挥发物可能会影响尘埃的生长,因为它们用冰冷的地幔覆盖颗粒,可以改变颗粒的破碎速度。反过来,尘埃凝结,破碎,并通过气体盘漂移可以有助于冰和气相之间的挥发物的重新分配。在这里,我们提出的流体动力学模型FEOSAD的原行星盘与两个尘埃人口和挥发动力学。我们计算的空间分布的主要挥发性分子(H $_2$ O,CO $_2$,CH $_4$和CO)的气体中,在小的和长大的尘埃,并分析了组成的冰地幔超过最初的0.5万年的磁盘演化。我们表明,大部分的冰到达长大的尘埃通过凝结与小颗粒。螺旋结构和尘埃环形成的磁盘,以及在外部区域的光解,导致形成复杂的雪线形状和多个雪线的每个挥发性物种。在考虑磁盘的演变,雪线移动更接近恒星,与他们的最终位置是一个因素$4-5$小于在磁盘形成时期。我们表明,挥发物往往收集在附近的雪线,无论是在冰和气体相,导致形成厚的冰地幔尘埃动力学的潜在重要性。在湍流粘性较大的模式中,裸露颗粒破碎速度较低,对粉尘粒径有较大影响。
2021-03-10 astro-ph.EP astro-ph.SR
Gravitoviscous protoplanetary disks with a dust component. II. Spatial distribution and growth of dust in a clumpy disk
利用FEOSAD程序,以亚au分辨率数值研究了在剧烈引力不稳定和碎裂作用下,星团原行星盘中尘埃的空间分布和增长。对描述薄盘极限中自引力和粘性原行星盘演化的流体动力学方程进行了修改,以包括由两部分组成的尘埃成分:亚微米大小的尘埃和具有可变最大半径的生长尘埃。还考虑了小尘埃向大尘埃的转化、尘埃的生长、尘埃与气体的摩擦以及尘埃的自重。我们发现,磁盘的外观是显着的时间变化与螺旋臂,尘埃环,和团块,不断形成,发展和衰减。因此,总的尘埃-气体质量比是高度不均匀的整个磁盘的范围内,从典型的1:100的值显示出数量级的局部偏差。通过引力破碎形成的引力束缚团块具有明显偏离开普勒自转的速度模式。小的尘埃在团块内部被有效地转化为大的尘埃,最大半径达到几分米。与此同时,长大的尘埃向团块中心漂移,形成一个巨大的致密中心凝聚体(70-100 $M_\oplus$)。我们认为,原行星可能会形成在内部的向内迁移块之前,他们通过潮汐扭矩的作用分散。我们预测在几十个au的轨道距离的原行星的形成与初始质量的气体和尘埃在原行星种子在(0.25-1.6)$M_{\rm Jup}$和(1.0-5.5)$M_\oplus$的限制,分别。然而,原行星中气体和尘埃的最终质量可能要高得多,这是由于周围大量富含金属的盘/包层的吸积。
2019-09-03 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.SR
Rapid Coagulation of Porous Dust Aggregates Outside the Snow Line: A Pathway to Successful Icy Planetesimal Formation
宏观尘埃粒子的快速轨道漂移是原行星盘中星子形成的主要障碍之一。我们重新审视这个问题,考虑孔隙度的尘埃聚集体的演变。我们应用最近的N体模拟聚集体碰撞的基础上的孔隙度模型,这使我们能够研究的孔隙度变化时,碰撞的影响范围很广的能量。作为第一步,我们忽略碰撞碎片,而是专注于尘埃的雪线外的演变,在那里的碎片已被建议是不太重要的雪线内,因为高粘附效率的冰粒。我们表明,即使考虑碰撞压缩,尘埃颗粒也可以演化成高度多孔的聚集体(内部密度远小于0.1 g/cm^3)。我们还表明,高孔隙率触发显着加速碰撞生长。这种加速度是粒子在低努森数下的空气动力学性质的自然结果,即,粒子半径大于气体分子的平均自由程。由于这种快速增长,高度多孔聚集体被发现克服径向漂移障碍,在轨道半径小于10 AU(假设最小质量的太阳星云模型)。这表明,如果碰撞碎裂真的微不足道,那么通过亚微米大小的冰粒子的直接碰撞生长,冰星子的形成是可能的。
2012-05-11 astro-ph.EP astro-ph.SR
Testing the theory of grain growth and fragmentation by millimeter observations of protoplanetary disks
上下文在不久的将来,在亚毫米和毫米波长的观测将能够解决的径向依赖的毫米光谱斜率在拱星盘的分辨率约为几个天文单位的距离最近的恒星形成区域。目标。我们的目标是限制物理模型的晶粒生长和破碎的大样本(分)毫米观测磁盘周围的前主序恒星在金牛座,御夫座和蛇夫座恒星形成区域。方法.国家的最先进的凝聚/碎裂和磁盘结构的代码相结合,以产生稳态的粒度分布,并预测在(分)毫米波长的光谱斜率。结果这项工作提出了第一个计算预测毫米光谱斜率的基础上的晶粒生长的物理模型。我们的模型可以很自然地再现所观察到的毫米斜率,但同时匹配所观察到的范围内的通量水平只能达到由几个到约30的因素,同时保持磁盘的气体质量相同的尘埃质量的减少。这种尘埃减少可能是由于径向漂移的速度降低,或者是在早期的进化时期(否则预测的通量会变得太低),或者是由于尘埃有效地转化为更大的、看不见的物体。
2010-06-04 astro-ph.EP astro-ph.SR
Solar Energetic Particle Track Accumulation in Edgeworth-Kuiper Belt Dust Grains
本研究通过动力学尘埃颗粒追踪模型,检验了EKB尘埃颗粒中SEP径迹的积累,发现按r^-1.7缩放无法匹配观测值,而较浅的r^-1.0径向分布可解释高径迹密度。
2024-11-14 astro-ph.EP astro-ph.SR
The early evolution of viscous and self-gravitating circumstellar disks with a dust component
数值模拟了星周盘从形成到TTauri相的长期演化过程,研究了不同粘性α参数和尘埃碎裂速度v_frag值条件下尘埃在盘中的演化.我们求解了薄圆盘极限下的数值流体力学方程组,该方程组被修改为包括由两部分组成的尘埃分量:亚微米尺寸的尘埃和具有最大半径a_r的生长尘埃。前者与气体严格耦合,而后者通过摩擦与气体相互作用。小到长大的灰尘,灰尘生长和灰尘自重的转换也被认为是。我们发现,尘埃生长的过程中已知的老原行星阶段也适用于嵌入阶段的磁盘演变。尘埃的生长效率取决于与恒星的径向距离,a_r在内盘最大,并随着径向距离的增加而逐渐减小。在内部圆盘中,a_r受到尘埃破碎屏障的限制。一旦盘形成,小尘埃到大尘埃的转化过程非常快。在恒星形成的嵌入阶段,星盘中(超过1天文单位)生长的尘埃的总质量达到数十甚至数百个地球质量,甚至更大量的生长尘埃漂移在内部,未解决的1天文单位的磁盘。尘埃的半径通常不会超过几厘米。一个值得注意的例外是α<= 10^{-3}的模型,在这种情况下,在内部圆盘中会形成一个质量输送减少的区域,尘埃可以在内部10 AU中生长成米级的巨石。长大的尘埃向内漂移并聚集在内部磁盘区域。这种效应在α<= 10^{-3}模型中最为明显,在嵌入阶段结束时,数百个地球质量可以聚集在距离恒星几个天文单位的狭窄区域内。(节略)。
2018-01-21 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.SR
Planetesimal formation by the gravitational instability of dust ring structures
我们研究了尘埃环结构的引力不稳定性(GI)和微行星通过其引力坍缩的形成。自引力环结构的归一化色散关系包括与其宽度和线质量(单位长度的质量)有关的两个参数。我们测量了这些参数,并计算了增长率和波数。此外,我们还研究了由原行星盘的长期GI的生长所形成的环GI的生长所形成的星子形成。我们采用了一个巨大的,尘埃丰富的磁盘作为磁盘模型。我们发现的范围内的破碎环GI作为一个功能的环的宽度。对于较小的环宽度,环GI的最内半径较小。我们还确定的范围内的初始星子质量产生的环GI的碎片。我们的结果表明,在碎裂之后,星子的质量在其诞生时可以达到10^28 g。如果环的宽度是环半径的0.1%,则它可以低至约10^25 g,并且下限随着环的宽度而增加。此外,我们还得到了小行星质量上下限的近似公式。我们预测,环GI所形成的星子,由于科里奥利力作用在收缩的尘埃上,因此具有旋转。这与许多海王星外双星都呈现出旋光的事实是一致的。
2022-11-04 astro-ph.EP astro-ph.SR
The Evolution of Gas and Dust in Protoplanetary Accretion Disks
尘埃只占星周盘质量的百分之一,但它对于行星形成、盘化学、辐射转移和观测的建模至关重要。尘埃从亚微米级颗粒到微行星的初始生长以及尘埃在年轻恒星周围盘中的径向输运是本论文的主题。星周尘埃经历径向漂移、垂直沉降、湍流混合、碰撞增长、破碎和侵蚀。我们从三个方向处理这个问题:分析计算,数值模拟,并与观察比较。我们描述的物理和数值概念,进入一个模型,它能够模拟的径向和尺寸的气体盘,这是粘性发展超过几百万年的尘埃演变。由此产生的灰尘尺寸分布相比,我们的分析预测和获得稳态灰尘尺寸分布的一个简单的配方。与手头的数值模型,我们表明,颗粒破碎可以解释这样一个事实,即观察到的星周盘是灰尘丰富的几百万年。最后,我们调查的挑战,目前的观测理论的晶粒演化,即毫米大小的晶粒观察到在大距离的恒星。我们发现,在径向漂移是无效的假设下,我们可以重现一些观测到的光谱指数和通量。较暗的物体表明粉尘与气体的比率降低或粉尘不透明度降低。
2011-07-18 astro-ph.EP astro-ph.SR
Dynamics and Energetics of Resistive, Thermally Conductive, and Radiative Plasma in Coronal Current Sheets due to Asymmetric External Perturbation
本文通过对比四种能量损失情形,研究了非对称波状扰动下日冕电流片的动力学与能量学,发现热传导会促进撕裂模碎裂和磁重联,而辐射冷却起抑制作用,从而揭示能量损失机制对等离子体团形成的关键影响。
2024-12-31 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Planet-induced Vortices with Dust Coagulation in Protoplanetary Disks
在这项工作中,我们研究了如何尘埃凝聚/碎裂将影响的演变和观测外观的漩涡嵌入在一个低粘度盘的大质量行星进行全球二维高分辨率流体动力学模拟。在涡流内,由于其较高的气体表面密度和较陡的压力梯度,灰尘凝结、破碎和漂移(到涡流中心)都是相当有效的,产生从微米到$\sim 1.0\ {\rm cm}$的灰尘颗粒,以及总体上较高的灰尘-气体比(高于1)。此外,尘埃粒径分布在涡旋内部非常不均匀,涡旋中心的质量加权平均尘埃粒径($\sim 4.0$ mm)比其他涡旋区域大$\sim10$倍。大颗粒($\sim$ mm)和小颗粒(数十微米)都对涡流内的气体运动产生强烈影响。因此,我们发现,包括灰尘凝聚的涡旋寿命有显着的影响,典型的涡旋寿命约为1000轨道。初始气体涡旋被破坏后,尘埃扩散成一个环,其中残留有少量较小的气体涡旋,这些气体涡旋具有较高的尘埃浓度和较大的最大尺寸($\sim$ mm)。在后期,凝并情况下的合成粉尘连续图像在1.33 mm波段显示为镶嵌有多个热点的环,而在7.0 mm波段仅保留明显的热点。
2020-03-14 astro-ph.EP astro-ph.SR
Electrostatic Barrier against Dust Growth in Protoplanetary Disks. II. Measuring the Size of the "Frozen" Zone
亚微米级尘埃颗粒凝聚成多孔聚集体是原行星盘中尘埃演化的初始步骤。最近,有人指出,在弱离子化的磁盘中的灰尘的负电荷可以显着减缓凝聚过程。在本文中,我们应用的增长标准,在纸我找到一个位置(“冻结”区)的收费摊位粉尘生长在分形生长阶段。对于低湍流磁盘,我们发现,冻结区可以覆盖磁盘的主要部分在几个到100 AU从中央恒星。聚集体的最大质量在1 AU时约为10^{-7} g,在100 AU时小至几个单体质量。强湍流可以显著减小冻结区的尺寸,但这种湍流会导致宏观聚集体在后期的破碎。我们研究了一种可能性,即完全冻结的尘埃演化在低湍流磁盘可以防止全球运输的尘埃盘。我们的简单估计表明,全球尘埃输送可以在10^6年的时间尺度上导致宏观团聚体的供应和冻结团聚体的去除。这推翻了通常的理解,即微小的尘埃粒子在更短的时间尺度上耗尽,除非碰撞碎裂是有效的。冰冻带和全球尘埃输送可以解释金牛座T星的红外观测和陨石的放射性年代测定所提出的“缓慢”(\sim 10^6年)的尘埃演化。
2011-02-20 astro-ph.EP astro-ph.SR
Synthetic observations of first hydrostatic cores in collapsing low-mass dense cores II. Simulated ALMA dust emission maps
首先,恒星形成理论预测了流体静力核心,但它们的存在从未被(亚)毫米观测令人信服地证明。此外,在恒星形成过程的早期阶段,多重性受到的约束很差。本文件有两个目的。首先,我们试图提供预测的ALMA尘埃连续辐射图从早期0类对象。其次,我们展示了ALMA在多大程度上能够探测这些物体的碎片尺度。在我们之前的论文(Commerçon等人,2012年,以下为论文I)之后,我们对三种最先进的辐射磁流体动力学3D自适应网格细化计算进行了后处理,以计算发出的尘埃排放图。然后,我们产生合成ALMA观测的尘埃热连续从第一流体静力学核心。我们提出了第一个合成ALMA观测尘埃连续排放的第一流体静力学核心。我们分析了不同的频带和配置的结果,我们讨论了这两个第一流体静力学核心的组合将最有可能被观察到。我们还表明,观测尘埃连续发射与ALMA将有助于确定发生在崩溃的致密核心的物理过程。如果磁场起了作用,那么发射模式将显示出伪圆盘的证据,甚至是磁驱动外流的证据,这是纯流体动力学计算无法重现的。ALMA的能力将使我们能够在理解早期0级阶段的碎裂和发现第一个流体静力学岩心方面取得重大进展。
2012-10-03 astro-ph.SR
Energetic Protons, Radionuclides and Magnetic Activity in Protostellar Disks
我们计算的位置的磁不活跃的死区在最小质量的原太阳盘,电离的情况下,包括恒星X射线,长或短寿命的放射性核素衰变,和高能质子到达一般的星际介质,从附近的超新星爆炸,从磁盘日冕,或从年轻恒星的日冕。在所有的情况下,除了那些小的尘埃颗粒被去除和一小部分短寿命的放射性核素留在气体中的情况外,圆盘都包含一个死区。所有的情况下,无一例外都有一个“不死区”,在那里,中等的磁致伸缩性防止磁旋转湍流,同时允许剪切产生的大规模磁场。不死区中的质量柱通常大于湍流表面层中的质量柱。这些结果支持了这样一种观点,即死区和不死区是质量柱超过1000 g/cm ^2的冷尘气体的强大后果。
2009-08-26 astro-ph.EP astro-ph.SR
Electric charging of dust aggregates and its effect on dust coagulation in protoplanetary disks
尘埃聚集体的相互粘附是原行星盘形成星子的第一步。尽管在某些情况下,尘埃粒子的带电是公认的,它已在很大程度上被忽略,在目前的粉尘凝聚模型。在这项研究中,我们提出了一个一般性的分析,尘埃电荷状态的原行星盘,然后演示如何充电可以显着改变目前公认的尘埃凝聚的情况。首先,我们描述了一种新的半解析方法,自洽地计算尘埃电荷态和气体电离态。该方法比以往的数值计算方法效率高得多,并且对气尘混合物的荷电状态提供了一个全面而清晰的描述。其次,我们将这种分析应用于早期的演化阶段,在这些阶段,尘埃被认为生长成具有准单分散性(即,窄)尺寸分布。我们发现,在很宽的模型参数范围内,分形生长强烈抑制碰撞聚集体之间的电斥力,并最终“冻结”的方式到随后的增长阶段,涉及碰撞压缩。强烈的盘湍流有助于聚集体克服这一生长障碍,但在随后的生长阶段,它会导致灾难性的碰撞碎裂。这些事实表明,电斥力和碰撞碎裂的结合将严重限制原行星盘中尘埃的生长。我们提出了一个可能的情况下,灰尘演变后的冻结。最后,我们指出,尘埃聚集体的分形生长往往保持一个低的电离度,因此,一个大的磁旋转稳定区域的磁盘。
2009-04-13 astro-ph.EP astro-ph.SR
Characterization of the dust content in the ring around Sz 91: indications for planetesimal formation?
在行星形成领域中最重要的问题之一是毫米-厘米大小的尘埃颗粒如何克服径向漂移和碎裂障碍形成更大尺寸的星子。ALMA观测原行星盘,特别是过渡盘或具有明显子结构迹象的盘,可以为晶粒生长和星子形成理论提供新的约束,因此代表了在这个问题上取得进展的一种可能性。我们在这里提出的ALMA波段4(2.1毫米)的过渡盘系统Sz 91的观察,并结合他们与以前获得的波段6(1.3毫米)和7(0.9毫米)的观察。Sz 91有着清晰的毫米环,更大的气体盘,以及靠近恒星的更小的尘埃颗粒的证据,这是尘埃过滤和在气体压力隆起中积累毫米大小颗粒的明显例子。我们计算的光谱指数(几乎恒定在$\sim$ 3.34),光学深度(边缘光学厚),和最大晶粒尺寸($\sim\,0.61$ mm)的尘埃环的多波长ALMA观测和比较的结果与最近发表的模拟磁盘子结构中的晶粒生长。我们的观测结果是在非常好的协议与模型的预测,包括碎片和星子形成通过流动的不稳定性尘埃环中的颗粒生长。
2021-08-28 astro-ph.EP astro-ph.SR
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
From dust to planetesimals: an improved model for collisional growth in protoplanetary disks
行星形成发生在原行星盘富含气体和尘埃的环境中。对这些物体的观测表明,原始亚微米尺寸的颗粒在盘的最早阶段就生长成更大的聚集体。然而,使用Smoluchowski方程来描述碰撞凝聚和碎裂的颗粒生长的理论模型迄今未能产生大颗粒,同时保持小颗粒的显著群体。这通常归因于存在两个障碍,由于碰撞粒子的反弹和破碎而阻碍生长。在本文中,我们表明,这些障碍的重要性已被人为膨胀,通过使用简化的模型,不考虑随机性质的气体盘内的粒子运动。我们提出了一种新的方法,其中两个粒子之间的相对速度描述的概率分布函数,模型确定性运动和随机运动。考虑到这两个因素,可能会得出与最近其他研究中所考虑的完全不同的结果。我们证明了两个“成分”的颗粒生长的重要影响:适当的实施速度分布函数,克服了弹跳障碍,并结合在高质量比碰撞的质量传递,提高了增长的更大的颗粒超出破碎障碍。我们模拟的一个强有力的结果是两个粒子群(小和大)的出现,可能同时解释了原行星盘中一些长期存在的问题,包括靠近中心恒星的星子形成,在盘中存在毫米到厘米大小的粒子,以及微米大小的颗粒持续数百万年。
2012-12-15 astro-ph.EP astro-ph.SR
The observational impact of dust trapping in self-gravitating discs
我们提出了一个三维半解析模型的自引力光盘,并包括一个处方的磁盘螺旋臂的灰尘捕获。使用蒙特卡罗辐射转移,我们产生合成ALMA观测这些光盘。在这样做的过程中,我们证明了我们的模型是能够产生观测预测,并能够模拟潜在的自引力盘的实像数据。对于一个光盘产生螺旋结构,将可观察到与ALMA要求光盘的尘埃质量预算是由毫米和厘米大小的颗粒占主导地位。光盘中的晶粒已经增长到晶粒破碎阈值可能满足这一标准,因此,我们预测,签名的引力不稳定性可能是检测到光盘的质量比以前建议的更低。例如,我们发现盘星质量比低至$0.10$的盘能够驱动可观察到的旋臂。在没有发生晶粒生长或晶粒生长已经远远超过晶粒破碎阈值的圆盘中检测子结构变得具有挑战性。我们演示了如何使用我们的模型来检索有关尘埃捕获和晶粒生长的信息,通过多波长观测光盘,并使用不透明度光谱指数的估计。应用我们的光盘模型的埃利亚斯27,WaOph 6和IM Lup系统,我们发现引力不稳定性是一个合理的解释所观察到的子结构在所有3个光盘,如果足够的晶粒生长确实发生。
2020-08-22 astro-ph.EP astro-ph.SR