Viscous circumbinary protoplanetary discs -- I. Structure of the inner cavity
该研究通过140余组长期二维数值模拟探究不同粘度下环双星原行星盘的内空腔结构,绘制相关参数空间,可用于约束双星参数与盘粘度,同时发现现有模拟仍无法解释HD 142527的大空腔尺度。
2024-07-09 astro-ph.EP
Sculpting protoplanetary discs -- modelling circumbinary cavities at observable scales with radiation hydrodynamics
该研究通过27组二维辐射流体动力学模拟,揭示环双星盘空腔形状多样性源于径向变化的冷却时标,可用统一模型解释Cs Cha、GG Tau等系统的空腔结构,证明辐射冷却对环双星盘演化建模至关重要。
2025-10-28 astro-ph.EP
The protoplanetary disc around HD 169142: circumstellar or circumbinary?
双星系统在恒星系统中占很大比例,尤其是在年轻的恒星天体中。因此,双星在确定大量原行星盘的结构方面起着重要作用。相对于环双星盘处于共面和极向的双星是稳定的构型,并可能在尘埃和气体分布中引起非轴对称结构。在这项工作中,我们认为,在原行星盘HD 169142的中心区域所示的结构是由一个内部恒星双星和一个环双星(P型)行星的存在。我们发现一颗质量比为0.1、半长轴为9.9天文单位、偏心率为0.2、倾角为90°的伴星与一颗质量为2木星的共面行星一起在45天文单位的圆形轨道上再现了在1.3毫米处观察到的最内环的结构和散射光观测中的螺旋特征形状。该模型预测了圆盘尘埃结构的变化,以及恒星的天体测量参数,这将允许在未来20年内通过监测该系统来测试其准确性。
2021-12-14 astro-ph.EP astro-ph.SR
Dust Traffic Jams in Inclined Circumbinary Protoplanetary Discs I. Morphology and Formation Theory
气体和尘埃在倾斜的轨道上围绕着双星经历由双星引力矩引起的进动。气体和尘埃之间的岁差的差异改变了弱耦合尘埃的径向漂移,并导致密度增强的径向漂移最小化。我们探索这一现象,使用三维流体动力学模拟研究这些“尘埃交通堵塞”的突出性和由此产生的尘埃子结构在不同的光盘倾角和二进制偏心率的演变。然后,我们推导出翘曲的尘埃盘的角动量的演化方程,并将其实现在一个一维代码和目前的计算,以进一步解释这些交通堵塞。我们发现,尘埃交通堵塞在倾斜的circumbinary光盘提供显着的尘埃密度增强,寿命长,可以有重要的影响,星子的形成。
2021-09-27 astro-ph.EP astro-ph.SR
Viscous circumbinary protoplanetary discs -- II. Disc effects on the binary orbit
本研究使用2D流体动力学长期模拟,分析了环双星盘与双星间的相互作用,发现盘的进动与双星偏心率存在显著周期性影响,且双星轨道演化对双星组件间的质量吸积比率高度敏感。
2025-01-28 astro-ph.EP
A coplanar circumbinary protoplanetary disk in the TWA 3 triple M dwarf system
我们提出了敏感的ALMA观测TWA 3,附近,年轻($\sim$ 10万年)的层次系统组成的三个前主序星M3-M4.5。首次在TWA 3A周围的环双星原行星盘中观测到${}^{12}$ CO和${}^{13}$ CO $J$ =2-1辐射。我们共同适合的原行星盘速度场,恒星天体测量位置,恒星径向速度推断系统的架构。Aa和Ab星(分别为$0.29\pm0.01\,M_\odot$和$0.24\pm0.01\,M_\odot$)组成了紧($P=35$天)偏心($e=0.63\pm0.01$)光谱双星,它们与环双星盘共面($< 6^{\circ}$的偏差有68%的置信度),类似于其他短周期双星系统。从模型的光谱能量分布,我们发现内半径的circumbinary磁盘($r_\mathrm{inner} = 0.50 - 0.75$金)是一致的理论预测的动态截断$r_\mathrm{cav}/a_\mathrm{inner} \approx 3$。第三恒星B的外轨道($0.40\pm0.28\,M_\odot$,$a\sim65 \pm 18$ au,$e=0.3\pm0.2$)不像内轨道那样受到很好的约束,但是,与A系统共面的轨道仍然是首选(不对准$ < 20^{\circ}$)。为了更好地理解B轨道对TWA 3A环双星盘的影响,我们对该系统进行了SPH模拟,发现气体盘($r_\mathr…
2021-03-02 astro-ph.EP astro-ph.SR
Evolution of linear warps in accretion discs and applications to protoplanetary discs in binaries
在许多原恒星二元系统中,预计会出现弯曲的吸积盘。在本文中,我们研究的长期演变的光盘翘曲和旋进的无量纲厚度$H/r$大于其粘度参数$α$,使弯曲波可以传播和主导的翘曲演变。对于小的翘曲,这些盘经历近似刚体进动。我们推导出各种型号的光盘的翘曲/扭曲的配置文件和对齐时标的解析表达式。将我们的结果应用于环二进制光盘,我们发现,这些光盘对准的轨道平面的二进制光盘的全球进动时间的时间尺度上,通常远小于其粘性的时间尺度。我们讨论了我们的发现的影响,观察错位circumbinary光盘(如KH 15 D)和circumbinary行星系(如开普勒-413),这些观察到的错位提供了有用的约束盘翘曲理论的不确定性方面。另一方面,我们发现,拱星盘可以保持大的错位相对于平面的双伴侣在他们的整个生命周期。我们估计,对于典型的椎间盘参数,可以保持大于$\sim 20^\circ$的倾角。总的来说,我们的研究结果表明,虽然高度错位拱星盘双星预计是常见的,这种错位应该是罕见的拱星盘。这些预期与目前对原行星盘和双星系外行星的观测是一致的,并且可以通过未来的观测进行测试。
2014-09-08 astro-ph.EP
Polar alignment of a protoplanetary disc around an eccentric binary III: Effect of disc mass
Martin & Lubow(2017)发现,一个围绕偏心双星的初始充分错位的低质量原行星盘经历了倾斜角和升交点经度的阻尼节点振荡。耗散导致演化向一个静止状态的极性对齐,其中光盘位于垂直的二进制轨道平面与角动量对齐的偏心率向量的二进制。我们使用流体动力学模拟和分析方法来研究光盘的质量如何影响这一过程。模拟结果表明,一个光盘与非零质量解决到一个固定的状态,在框架中的二进制,广义的极性状态,在一定程度上较低的水平的不对准相对于二进制轨道平面,在协议的分析模型。假设圆盘进入这种广义的极性状态,观测确定的失准角和双星性质可以用来确定环双星圆盘的质量。我们将此约束应用于HD 98800中的环双星盘。我们得到了与模拟结果近似一致的有质量环联星环极线排列的解析判据。非常宽的错位盘经历破裂,但内部区域至少仍可能演化为极性状态。盘的长期演化取决于我们发现倾向于减小的双星偏心率的演化。虽然极对齐所需的参数范围有所减少,增加光盘的质量,这样的对齐似乎可能为一组广泛的初始条件,预计在原恒星的circumbinary光盘。
2019-09-24 astro-ph.EP
Contacts of Water Ice in Protoplanetary Disks - Laboratory Experiments
水冰在原行星盘中很丰富。因此,其粘附特性在碰撞生长阶段是重要的。在这项工作中,我们研究了1.1毫米的冰粒在不同温度下的粘附和滚动。我们发现在175 K到200 K之间粘附力强烈增加,在更高的温度下趋于稳定。就表面能而言,这是以63.4的因子增加,例如分别从$γ= 0.0029 \rm J/m^2$到$γ= \rm 0.19 J/m^2$。我们还测量了非弹性滚动的临界力。临界滚动距离为0.19 mm。考虑到原行星盘在低温下的星子形成,其表面能并不比硅酸盐尘埃大,冰聚集也有同样的缺点。一般来说,水冰在粘附方面没有硅酸盐的优势,碰撞生长可能也不会有利于冰而不是硅酸盐。
2019-02-22 astro-ph.EP
Effect of nucleation on icy pebble growth in protoplanetary discs
原行星盘中的固体颗粒可以通过冰线外的直接气相沉积而生长。然而,微观硅酸盐颗粒的存在可能会阻碍大卵石的生长,因为可用的蒸汽主要沉积在占总表面积的小颗粒上。为了解火星大气中的冰云而进行的非均质冰成核实验表明,在硅酸盐表面上形成新的冰层所需的水蒸气压力远远高于水蒸气在现有冰表面上的沉积。在本文中,我们研究了水冰上的蒸汽沉积所需的蒸汽分压与硅酸盐颗粒上的非均质冰成核的差异如何影响靠近水冰线的颗粒生长。我们开发并测试了一个动态的一维沉积和升华模型,其中我们包括径向漂移,沉积和扩散的湍流原行星盘。我们发现,蒸汽主要是沉积在已经被冰覆盖的颗粒上,因为冰线外部的蒸汽压对于裸露的硅酸盐颗粒上的异相成核来说太低了。因此,冰状颗粒可以在冰线周围的狭窄区域中生长为厘米大小的鹅卵石,而硅酸盐颗粒保持灰尘大小并扩散到圆盘上。异相冰成核的抑制导致在一个优先的区域生长成星子靠近冰线,我们发现大冰卵石。硅酸盐颗粒上的非均质冰成核的抑制也可能是在原行星盘中冰线周围观察到的一些暗环背后的机制,因为冰线外大冰卵石的存在导致那里的不透明度降低。
2019-09-10 astro-ph.EP
Growth of Aggregates with Liquid-Like Ice-Shells in Protoplanetary Discs
在行星形成的第一阶段,原行星盘(PPD)中尘埃聚集体的碰撞生长在弹跳屏障处被中断。覆盖不同种类的冰的灰尘聚集体在某些情况下有助于将弹跳屏障向更大的尺寸转移,因为它们具有增强的粘附特性。一个很少注意到的事实是,当在类似PPD的环境中进行UV照射时,H $_2$ O-和H $_2$ O-CH $_3$ OH-NH $_3$ -冰表现为液体状。被这些冰种覆盖的尘埃聚集体在碰撞中由于液态冰壳的存在而被阻尼,这将有效地导致粘附速度的增加。本文数值研究了被类液体H $_2$ O-CH $_3$ OH-NH $_3$ -冰壳层覆盖的尘埃聚集体的碰撞。计算了不同冰壳厚度下的恢复系数和粘附速度。模拟预测,几微米的冰壳厚度将足以允许在PPD中生长厘米大小的团簇。
2021-07-07 astro-ph.EP
Observational Signatures of Circumbinary Discs II: Kinematic Signatures in Velocity Residuals
本研究探讨了环双星盘速度残差中的运动学特征,发现多种普遍存在的信号,并通过模拟对比观测,为多个原行星盘的双星属性提供了运动学证据。
2024-07-31 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
Ice Deposition Fronts In Porous Bodies From Transient Heating Events In a Protoplanetary Disk
University of Rochester(罗切斯特大学)
研究原行星盘中多孔体在瞬态加热事件下的冰沉积前沿,用一维质量和热传输模型模拟水等物质的升华与沉积,发现前沿形成及移动规律,其特性取决于孔径,还能改变多孔冰体地下形态和物理性质。
2026-07-14 astro-ph.EP
Dust evolution during protoplanetary disk buildup enhances CO ice relative to water
Max Planck Institute for Solar System Research(马克斯·普朗克太阳系研究所)
研究行星盘形成过程中尘埃演化对CO和水冰相对丰度的影响,发现CO丰富的碎石在CO雪线形成,而盘形成阶段增强了外盘中CO相对于水的丰度,但需要保留CO富集冰库的机制来形成CO丰富的行星胚胎。
2026-03-27 astro-ph.EP
Simulating Observations of Ices in Protoplanetary Disks
冰是原行星盘的重要组成部分。新的观测设施,特别是詹姆斯韦伯太空望远镜(JWST),将通过测量它们的红外光谱特征大大增强我们对盘状冰的看法。我们提出了一套模型来补充这些即将到来的观察。我们的模型使用基于动力学的气体颗粒化学演化代码来模拟冰在圆盘中的分布,然后使用关键冰物种的子集来模拟观测的辐射转移代码。我们提出的模型反映了分子遗传和化学重置的初始条件。我们发现,近中红外吸收功能的H $_2$ O,CO $_2$,和CH $_3$ OH是很容易观察到的磁盘集成光谱高度倾斜磁盘,而CO,NH $_3$,和CH $_4$冰不显示突出的功能。CH $_3$ OH冰的丰度很低,在重置模型中无法观察到,这使得该物种成为初始化学条件的极好诊断。CO $_2$冰功能表现出最大的变化,磁盘寿命,减少和增加的继承和重置模型,分别。边缘圆盘的空间分辨光谱,可能与JWST的积分场单元观测模式,是限制冰的垂直分布的理想选择,并且可能能够将特征与更靠近中平面的冰隔离开来(例如,CO),具有足够的灵敏度。表面圆盘的空间分辨光谱可以追踪来自H $_2$ O、CO $_2$和CH $_3$ OH以及来自最外层区域的CO和CH $_4$的散射光特征。我们还模拟了远红外H $_2$ O冰发射功能,并发现他们是最强的磁盘上查看。
2021-10-05 astro-ph.EP
Observational Signatures of Circumbinary Discs I: Kinematics
本文基于3D流体动力学模拟和Monte Carlo辐射转移后处理,提出五个形态与运动学标准(如中心空腔、旋臂、等速度曲线扰动及红蓝翼不对称性)来判定原行星盘是否为环双星盘,并为后两项不对称性提供了定量指标。
2023-06-13 astro-ph.EP astro-ph.IM
Fizzy water ice in space: CO$_2$ adsorption, binding energies and its fate in a protoplanetary disk
Universitat Autònoma de Barcelona(巴塞罗那自治大学);Università degli Studi di Torino(都灵大学);RIKEN Pioneering Research Institute(理化学研究所先驱研究部);Univ. Grenoble Alpes(格勒诺布尔阿尔卑斯大学);Accademia delle Scienze di Torino(都灵科学院)
研究通过计算结合能分布,探讨二氧化碳在水冰上的吸附特性及其对原行星盘中气体和冰冻二氧化碳丰度及光谱特征的影响。
2026-05-13 astro-ph.EP
Radial Drift of Dust in Protoplanetary Disks: The Evolution of Ice lines and Dead zones
我们已经开发了一个新的模型的天体化学结构的粘性演变原行星盘,耦合分析描述磁盘的温度和密度分布,化学演变,和不断变化的尘埃分布。我们计算不断变化的径向分布的范围内的尘埃颗粒大小,这取决于凝聚,破碎和径向漂移过程。特别是,我们发现,水冰线起着重要的作用,在塑造的径向分布的最大晶粒尺寸,因为冰涂层的晶粒是显着不太容易破碎比他们的干同行。这反过来又对磁盘电离产生重要影响,从而对死区的位置产生重要影响。在比较一个简单的恒定的气体尘埃比模型的尘埃作为一个例子,我们发现,新的模型预测的外死区边缘,移动约3的一个因素,在1百万年(至5 AU)和约14的一个因素,3百万年(至0.5 AU)。我们发现死区和热跃迁陷阱的位置变化对行星在原行星盘中的形成和捕获具有重要意义。最后,我们认为我们的结果在最近的ALMA观察HL头和TW Hya。
2016-11-08 astro-ph.EP
Reprocessing of Ices in Turbulent Protoplanetary Disks: Carbon and Nitrogen Chemistry
我们研究了湍流输运对原行星盘中冰化学的影响,重点是含碳和含氮分子。化学速率方程求解的扩散项,模仿湍流混合在垂直方向。湍流可以将冰覆盖的尘埃颗粒从中平面带到温暖的辐射盘表面,并且通过光反应、热解吸和表面反应对冰幔进行再处理。在r < 30 AU时,向上的输送降低了甲醇和氨冰的丰度,因为温暖的尘埃温度阻止了它们在颗粒表面的再形成。这种后处理可以解释彗星彗发中碳和氮分子的丰度小于低质量原恒星包层中的丰度。我们还表明,混合对复杂有机分子(COM)的合成的影响是两种方式:(1)冰从中间平面到磁盘表面的运输和(2)原子氢从表面到中间平面的运输。前者增强了盘表面的COM形成,而后者抑制了中平面的COM形成。然后,当混合是强的,COM主要形成在磁盘表面,而他们的父母分子(重新)形成在中平面。与非湍流模型相比,该循环将COM分布在垂直方向和径向向外扩展。我们推导出的时间尺度的汇机制,CO和N2被转换为挥发性较低的分子被耗尽的气相,并发现,垂直混合抑制这种机制在内部磁盘。
2014-06-13 astro-ph.EP
Collisional evolution of dust and water ice in protoplanetary discs during and after an accretion outburst
大多数原行星盘被认为经历了剧烈和频繁的吸积爆发,在此期间,吸积率和中心光度在几十年内都有所提高。这暂时增加了圆盘的温度,导致雪线向外移动时冰物种的升华。在本文中,我们调查如何FUor型吸积爆发改变了尘埃聚集体的生长和外观在不同的位置在原行星盘。我们开发了一个模型的基础上的Monte Carlo方法来模拟本地的凝结和破碎的冰尘颗粒,并研究不同的设计,其结构和响应升华。我们的主要发现是,位于静止和爆发水雪线之间的尘埃颗粒的演变是由成分和孔隙度的显着变化驱动的。尘埃人口恢复从爆发和恢复到凝聚/破碎平衡所需的时间取决于凝聚物理和爆发属性的复杂的相互作用,并可能需要4500年在5 AU。卵石大小的颗粒,星子的基石,要么在水冰中被废弃,要么被完全摧毁,分别导致更干燥的星子或完全停止它们的形成。当吸积爆发是经常发生的事件时,尘埃可以在很长一段时间内远离碰撞平衡,这为在毫米波长的圆盘中跟踪过去的爆发提供了机会。我们的研究结果突出了在尘埃凝聚和行星形成模型中包括吸积爆发的重要性。
2023-03-20 astro-ph.EP
Planet Formation in Circumbinary Configurations: Turbulence Inhibits Planetesimal Accretion
在恒星伴星高度扰动的环境中诞生的行星的存在对行星形成的范式提出了重大挑战。在数值模拟中,近距离双星的存在会激起微行星之间的相对速度,这是决定吸积和侵蚀之间平衡的基础。然而,开普勒最近发现的环联星行星确定了在联星系统中形成行星形成显然是可行的。我们进行N体模拟的星子嵌入在一个原行星盘,在那里星子定相是由随机扭矩的存在下受挫,建模预期的扰动驱动的湍流的磁旋转不稳定性(MRI)。我们研究扰动幅度相关的死区中平面(有利于行星形成在单星),并发现,星子吸积可以被抑制,即使在外盘(4-10 AU)远离中央的二进制,以前被认为是一个合理的起点形成的环二进制行星的位置。
2012-10-29 astro-ph.EP
Spatial distribution of water ice in the protoplanetary silhouette disk d216-0939
Kiel University(基尔大学);Friedrich Schiller University Jena(耶拿弗里德里希·席勒大学);Max Planck Institute for Astronomy(马克斯·普朗克天文学研究所);National Astronomical Observatory of Japan(日本国立天文台)
本研究利用JWST观测数据,通过3D MCRT模拟结合HST数据,确定原行星盘d216-0939雪线外尘埃含5.4%结晶水冰,需物质向外传输,散射与热尘埃发射对水冰吸收区域总流量贡献显著。
2026-10-06 astro-ph.EP
Orbital Evolution of a Circumbinary Planet in a Gaseous Disk
在近距离双星系统中发现的次木星类环联星行星,其轨道刚好在动力学不稳定区域之外,而动力学不稳定区域由宿主双星的偏心率和质量比决定。这些行星被认为是在雪线之外形成的,并迁移到目前的轨道,而不是在原地形成。我们提出了一个方案,其中一颗行星形成的雪线以外,并迁移到环双星盘的内边缘,这是在不稳定的区域,然后通过向外运输移动到当前的轨道。这种向外的传输是由引力不稳定区域内中心恒星的轨道激发和气体拖曳力的阻尼平衡驱动的。利用耗散环双星原行星盘对不同偏心率和质量比的双星系统进行了N体模拟。在偏心率较小的双星系统中,行星更有可能在不稳定区域之外达到稳定的轨道。这个结果对质量比的敏感性不如对偏心率的敏感性。这些依赖关系与观测到的拥有环双星行星的双星系统的数据是一致的。我们发现CBPs的轨道靠近不稳定边界,我们的轨道演化方案解释。
2019-07-23 astro-ph.EP
A JWST inventory of protoplanetary disk ices: The edge-on protoplanetary disk HH 48 NE, seen with the Ice Age ERS program
JWST首次在原行星盘HH 48 NE中探测到¹³CO₂冰,揭示了主要冰成分的空间分布与丰度异常,表明CO₂柱密度远超直接推断值,并发现CO冰异常存在于高温区域。
2023-09-14 astro-ph.EP astro-ph.SR
The edge-on protoplanetary disk HH 48 NE II. Modeling ices and silicates
该研究通过辐射传输建模分析边缘-on 原行星盘 HH 48 NE 的冰吸收特征,发现冰丰度可在3倍因子内确定,但光学深度与柱密度关系受辐射传输效应影响,垂直雪线位置可约束而径向雪线难以触及。
2023-05-08 astro-ph.EP
Evolution of Snow Line in Optically Thick Protoplanetary Disks: Effects of Water Ice Opacity and Dust Grain Size
用数值模拟方法研究了光学厚度原行星盘中雪线的演化。采用1+ 1维近似计算了圆盘内的温度和密度,得到了圆盘内的凝冰区域。雪线迁移的质量吸积率(\dot{M})在磁盘随时间的减少。用同样的数值方法计算了从盘吸积率高的早期阶段(\dot{M} \sim 10^{-7} M_sun/yr)到盘吸积率低的晚期阶段(\dot{M} \sim 10^{-12} M_sun/yr)的过程。结果表明,当\dot{M} > 10^{-10} Msun/yr时,雪线向内移动;当\dot{M} < 10^{-10} Msun/yr时,雪线逐渐向外移动。除了硅酸盐不透明度外,还考虑了冰的不透明度。在向内的迁移阶段,额外的冰不透明度增加了雪线到中心恒星的距离,对于100微米的尘埃颗粒,雪线的距离增加了1.3< 10 micro-meter in size and 1.6 for >倍。当α粘滞系数在0.001-0.1之间,尘气质量比大于太阳丰度值的十分之一时,雪线进入地球轨道是盘演化过程中的必然现象,尘埃颗粒小于1 mm。水的形成-摘要在整个盘演化过程中,类地行星区缺乏星子的现象似乎很难出现,这对行星形成理论提出了新的挑战。
2011-06-14 astro-ph.EP
The role of absorption and scattering in shaping ice bands. Spatially-resolved spectroscopy of protoplanetary disks
本文利用MCFOST辐射转移模拟首次研究原行星盘中水冰带随观测视角和盘内位置的变化,发现吸收与散射平衡可使带极小值波长偏移达0.17 μm,对空间分辨冰光谱建模具有重要影响。
2025-03-20 astro-ph.EP astro-ph.SR
The fate of icy pebbles undergoing sublimation in protoplanetary discs
冰卵石可能在靠近原行星盘水冰线的行星形成中起重要作用。在那里,灰尘凝结更有效,蒸汽在鹅卵石上的再凝结可能会促进它们在冰线外的生长。先前的理论研究表明,由于升华而导致的冰卵石的破坏增加了冰线内外卵石的生长速度,通过将小硅酸盐颗粒释放回圆盘的灰尘储存器中。然而,由于行星吸积是依赖于Stokes数的吸积卵石,星子的增长可以增强下游的冰线,如果卵石不破坏升华。我们使用不同的硅酸盐粉尘开发了两种冰卵石的实验模型,并将它们暴露在真空室中的低温和低压条件下。增加室内的温度,我们研究了卵石通过升华而不破坏的条件。我们发现,小的硅酸盐颗粒($<50$ um)和少量的冰(约$15$ %卵石质量)是通过升华保存卵石的最佳条件。此外,如果小百分比($10-20$质量%)的尘埃颗粒小于$50$ um,则具有粗尘埃分布($100-300$ um)的卵石不会发生破坏。我们的研究结果强调了升华不一定会导致破坏,鹅卵石似乎可以有效地在快速升华过程中生存下来。
2021-11-02 astro-ph.EP
The growth of planets by pebble accretion in evolving protoplanetary discs
行星的形成取决于原行星盘的结构,它影响着嵌入行星的吸积和迁移速率。盘本身的演化时间尺度为几个百万年,在此期间,温度和密度的轮廓变化的物质吸积到中央恒星。在这里,我们使用一个详细的模型,一个不断发展的磁盘,以确定行星的增长卵石吸积和他们的迁移通过磁盘。达到卵石隔离质量的核心吸积气体,最终形成具有大量气体包层的巨行星,而没有达到卵石隔离质量的行星则被困为冰巨星和冰行星,其包层中只含有少量气体。与早期的人口合成模型不同,我们的模型在没有任何人为减少迁移速度和原行星盘的气体和尘埃柱密度类似的观测推断。我们发现,在我们的名义盘模型中,行星胚胎的出现最好发生在大约200万年之后,以便不仅形成气体巨星,而且形成冰巨星和较小的行星。高的卵石吸积率确保了在所有轨道距离上都能达到气体吸积的临界核心质量。然而,气体巨行星的半长轴会因迁移而显著缩短。考虑到行星的生长,而不是星子吸积,我们表明,形成的时间尺度太长,以竞争的迁移时间尺度和原行星盘的耗散时间。总之,我们发现卵石吸积克服了许多挑战,在形成冰和气体巨人在不断发展的原行星盘。
2015-08-07 astro-ph.EP
Observational Signatures of Dust Traffic Jams in Polar-Aligning Circumbinary Disks
通过流体动力学模拟与辐射转移后处理,揭示倾斜环双星盘极向对齐过程中气体与尘埃较差进动产生的尘埃交通堵塞在厘米波段连续谱图像中呈现为多个可分辨的环,并指出SKA和ngVLA将能够观测这些特征。
2024-11-19 astro-ph.EP
A Pathway for Collisional Planetesimal Growth in the Ice-Dominant Regions of Protoplanetary Disks
本文通过半解析模型研究原行星盘中冰质颗粒的碰撞生长与碎裂条件,发现由0.1 μm单体组成的冰包裹聚集体可在广泛盘条件下避免碎裂并实现向星子尺度的有效生长。
2023-11-09 astro-ph.EP
Coevolution of Binaries and Gaseous Discs
$\it Kepler$最近发现的环双星行星对当代的行星形成模型提出了质疑。要了解这些行星是如何形成的,需要描述它们的形成环境,环联星的原行星盘,以及盘和联星如何相互作用和变化。中央双星激发周围原行星盘的共振,驱动双星轨道要素和盘的演化。为了探索这些相互作用如何影响二进制偏心率和盘结构的演变,N体光滑粒子流体动力学(SPH)模拟的气体原行星盘周围的二进制开普勒38的基础上运行的$10^4$二进制周期的几个初始的二进制偏心率。我们发现,近圆双星弱耦合到光盘通过参数不稳定性和激发光盘偏心增长。偏心双星强烈耦合到磁盘造成偏心增长的磁盘和二进制。足够偏心的双星,强烈耦合到磁盘周围的磁盘开发的$m = 1$螺旋波发射的1:3偏心外林德布拉德共振(EOLR),对应于对齐的气体粒子经度的近星点。所有系统显示二进制半长轴衰减由于耗散的粘性盘。
2016-10-19 astro-ph.EP
The impact of planet wakes on the location and shape of the water iceline in a protoplanetary disk
背景:在吸积盘中的行星可以激发螺旋冲击,如果质量足够大的话,还可以在附近打开缺口。这两种效应都会影响整个磁盘的热结构。目的:我们的模型不同的质量和半长轴的各种粘度和吸积率的磁盘的行星,以研究其对磁盘热力学的影响,并突出了可变的,非轴对称性质的大规模行星系统中的冰线。研究方法:我们进行参数研究,使用数值流体力学模拟,我们把粘性加热,热冷却和恒星辐射作为额外的源项的能量方程,与一些运行包括辐射扩散。我们的参数空间由包含行星和盘参数的不同组合的网格组成。结果:缺口打开和冲击加热都可以取代冰线,在光学厚盘中的大质量行星的影响被放大。间隙区域可以将一个初始温度(T>170 K)的盘分裂成一个热的内盘和一个位于行星位置外部的热环,而冲击加热可以将原本轴对称的冰原重新塑造成螺旋形的贫水岛屿。我们还发现,在这种情况下,辐射扩散并没有改变图片显着。结论:行星的冲击加热和间隙打开可以有效地加热光学厚盘,并通常移动和/或重塑水冰线。这会影响间隙结构和迁移扭矩。它还可以产生遵循螺旋臂轨迹的方位角特征,在螺旋周围产生热区、蒸汽和冰的“岛”,这可能影响冰聚集体的吸积或生长。
2019-10-18 astro-ph.EP
The Prospects for Hurricane-like Vortices in Protoplanetary Disks
当原行星盘中尘埃颗粒表面的冰升华时,它将其水升华的潜热加到周围的气流中。借鉴地球上的热带气旋提供的类比,我们调查,如果这个能源是足够的,以维持或放大反气旋盘涡,否则将成为牺牲品粘性耗散。由探索性二维模拟支持的分析处理表明,即使是适度的欠饱和流动也可以延长涡旋的寿命,可能足以帮助粒子捕获和星子形成。我们预计,这种机制发生的最佳条件将被发现附近的磁盘的水冰线,如果湍流运动取代气体包裹的热力学平衡与尘埃中面。
2022-04-06 astro-ph.EP
Capture of Interstellar Planetesimals in Protoplanetary Discs in Binary Star Systems
Monash University(莫纳什大学);OzGrav: Australian Research Council Centre of Excellence for Gravitational Wave Discovery(澳大利亚研究委员会引力波发现卓越中心)
该研究通过超3000万次数值实验发现,双星系统中原行星盘可通过气体阻力捕获星际星子,为双星系统输送固体提供补充通道,缓解原位星子形成的低效问题。
2026-10-14 astro-ph.EP
Circumstellar and circumbinary discs in multiple stellar systems
本综述探讨了聚星系统中恒星多重性对星周盘与双星盘形态、尘埃动力学及行星系统构型的影响,结合高分辨率观测与数值模拟,揭示了多星环境在行星形成与演化中的关键作用。
2025-01-31 astro-ph.EP astro-ph.SR
Dusty clumps in circumbinary discs
最近的观测显示,原行星盘经常表现出空腔和方位不对称,如尘埃陷阱和团块。在内盘区域存在一个恒星双星系统被提出来解释这些结构的形成。在这里,我们研究的尘埃和气体动力学在circumbinary盘周围的偏心和倾斜的双星。这是通过两个流体模拟的circumbinary光盘,考虑不同的值的二进制偏心率和倾角。我们发现,两种尘埃结构可以形成在光盘:一个单一的马蹄形的团块,在一个类似的气体过密度的顶部;或众多的团块,分布在内部光盘边缘。后者的特征是通过尘埃粒子和双星造成的气体螺旋之间复杂的相互作用形成的。所有这些团块都在特征位置存活了一个到几十个轨道周期。我们发现,它们的演化强烈依赖于气尘耦合和二进制参数。有趣的是,这些不对称的特征原则上可以用来推断或限制内盘腔内可能看不见的恒星伴星的轨道参数。最后,我们将我们的研究结果应用到围绕御夫座AB的圆盘。
2019-08-20 astro-ph.EP
Evolution of Coated Grains in Spiral Shocks of Self-Gravitating Protoplanetary Disks
我们研究了由包裹橄榄石核的冰壳组成的颗粒在通过原行星盘中的螺旋激波时的演化。我们使用已发表的三维辐射流体动力学模拟的大规模自引力原行星盘提取的热力学螺旋冲击在该地区之间的10和20 AU的中央恒星。当密度波通过时,它加热了颗粒,使它们失去冰壳,导致颗粒不透明度降低。此外,由于不同大小的颗粒将具有略微不同的温度,因此冰将从较热的颗粒迁移到较冷的颗粒。迁移速率取决于背景气体的温度,因此,如果气体被暂时加热到高于$\sim 150$ \,K,则对于低温有效稳定的颗粒分布可能经历不透明性的不可逆变化。我们发现,不透明度可以下降更多,并在一个显着更快的速度在整个螺旋冲击相对于预测的标准尘埃颗粒模型采用流体动力学计算的原行星盘。这将导致螺旋臂内的气体冷却更快。我们讨论了我们的研究结果的影响磁盘碎片到亚恒星物体的距离在几十个天文单位的敏感性。
2011-03-30 astro-ph.EP
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
A 3D Hydrodynamics Study of Gravitational Instabilities in a Young Circumbinary Disc
利用三维流体动力学方法研究了一个0.14 M $_{\odot}$环绕原行星盘的引力不稳定性,该原行星盘围绕一颗1 M $_{\odot}$恒星和一颗0.02 M $_{\odot}$褐矮星伴星运行.我们研究的光盘的vacuical状态,并确定GI引起的密度波,非轴对称密度结构,质量流入和流出,和引力矩的强度。结果进行了比较,一个原行星盘没有棕矮星双星同伴的并行模拟。使用CHYMERA,辐射三维流体动力学代码进行模拟。环双星盘中GI的爆发要猛烈得多,这是由于褐矮星激发了一个强的单臂密度波。尽管有这种早期的差异,但详细的分析表明,在模拟开始后的2,500年,两个圆盘都松弛到一个非常相似的准稳定阶段。相似之处包括准稳态相的热力学,最终的表面密度分布,径向质量流入,和非轴对称的功率和扭矩的螺旋臂多重性的两个或更多。在光盘中的二元性的影响是显而易见的重力扭矩分布,温度分布在内部光盘,和径向质量传输。3,800年后,双星的半长轴减少了约1%,偏心率大约增加了一倍。与单臂波相关的外环双星盘的质量输运可能影响行星形成。
2018-12-27 astro-ph.EP astro-ph.SR
Birth Locations of the Kepler Circumbinary Planets
开普勒任务已经发现了大约12个环双星行星系,所有这些行星都在大约1个天文单位的轨道上。我们把边界的位置在环联原行星盘,这些行星可能已经形成了通过碰撞凝聚开始从小(公里大小或更小)的星子。首先,我们提出了一个长期的星子动力学模型,说明(1)由于偏心进动双星的扰动,以及(2)重力和(3)气体从一个进动偏心盘拖曳。它们的同时作用导致了丰富的动力学,在盘中出现了(多个)长期共振。我们推导出大小相关的微行星偏心率的解析结果,并证明了盘重力的环双星动力学的关键作用。然后,我们将这些结果与碰撞结果的一个简单模型相结合,发现在开普勒16这样的系统中,从10-100米的微行星开始的微行星增长可能在几个AU之外。发生这种情况的外部确切位置对磁盘偏心率,密度和岁差率以及第一代微行星的大小很敏感。来自盘内部双星的强烈扰动,加上几个天文单位的长期共振,抑制了双星2 - 4天文单位内千米大小的微行星的生长。在开普勒环双星系统中,只有在1天文单位处表面密度小于500 g/cm^2的低质量盘中的大型(几公里大小)天体才有可能原位生长出小行星。
2015-05-04 astro-ph.EP
Cometary ices in forming protoplanetary disc midplanes
低质量的原恒星是太阳系外类似于出生时的太阳系。复杂的物理化学模型被用来模拟形成两个原行星盘从最初的星前阶段,一个占主导地位的粘性扩散和其他纯下落。结果表明,挥发性星前指纹在进入光盘的过程中被化学修饰。这与初始丰度和化学参数相对无关:物理条件更重要。CO2的量通过OH与CO的颗粒表面反应而增加,这通过H2O冰的光解而增强。复杂的有机分子在运输过程中产生通过信封在CH 3OH冰的代价。它们的丰度可以与大圆盘半径(R > 30 AU)的甲醇冰(水冰的几%)相媲美。目前的II类椎间盘模型可能低估了复杂的有机物含量。行星人口合成模型可能低估了CO2的数量,高估了CH 3OH冰在星子忽略云和盘阶段之间的化学处理。总的C/O和C/N比在气相和固相之间不同。这两个冰的比例显示出很小的变化超出了内部10 AU,两者都是近太阳的情况下,纯粹的下降,但都是太阳下的粘性传播占主导地位。在前往原行星盘的途中,原恒星包层中的化学物质决定了冰质小行星和彗星体最初的挥发性和生命前的重要内容。因此,彗星可能反映了太阳星云中冰的起源。
2016-07-26 astro-ph.EP astro-ph.SR
Chemical complexity in protoplanetary disks in the era of ALMA and Rosetta
彗星提供了对原始太阳星云中物质的分子组成和复杂性的独特见解。Rosetta任务的最新结果,目前正在原位监测彗星67 P/Churyumov-Gerasimenko,以及ALMA(阿塔卡马大型毫米/亚毫米阵列),已经证明了一个诱人的联系之间的化学复杂性,现在证实在磁盘(通过检测气相CH 3CN; Oberg et al. 2015),并在67 P表面得到证实(Goesmann et al. 2015),提出了关于这些物种的化学起源(云或遗传与盘合成)的问题。从天体化学模型的一个原行星盘的结果,其中包括复杂的化学,并假设简单的冰只继承了从父分子云。模型结果与Philae/COSAC在67 P表面观察到的几种COM的丰度非常一致。由原行星盘继承的主要是简单冰的宇宙射线和X射线诱导的光处理足以产生类似于在彗星中观察到的化学复杂性。这表明在67 P表面探测到的冰状COMs可能有一个盘状起源。结果还表明,内部暖盘大气中含有丰富的气相CH 3CN,其中热气相化学占主导地位,并可能消除冰的化学特征。因此,CH 3CN可能不是一个明确的示踪剂的复杂的有机冰水库。然而,需要更好地了解CH 3CN的热气相化学才能证实这一初步结论。
2016-05-26 astro-ph.EP
The refractory-to-ice ratio in comet 67P: implications on the composition of the comet-forming region of the protoplanetary disk
本研究结合Rosetta任务的ROSINA和COSIMA数据,通过蒙特卡洛方法约束彗星67P的难熔物与冰比率,推导其体元素丰度,揭示其形成于25-35 au的原行星盘区域。
2025-01-29 astro-ph.EP
Evidence that the Hot Jupiter WASP-77 A b Formed Beyond Its Parent Protoplanetary Disk's H2O Ice Line
理想化的原行星盘和巨行星形成模型被解释为,巨行星的大气丰度可以用来推断其在其母原行星盘中的形成位置。最近有报道称,热木星WASP-77 A b具有太阳大气层下的碳和氧丰度,具有太阳的C/O丰度比。假设它的主星WASP-77 A的太阳碳和氧丰度,WASP-77 A b的大气碳和氧丰度可能表明它从贫碳气体中将其包层内部吸积到其母原行星盘的H2O冰线,随后几乎没有星子吸积或核心侵蚀。我们全面建模WASP-77 A,并使用我们的结果来更好地表征WASP-77 AB。我们发现,在WASP-77 A的光球碳和氧的丰度是超太阳的亚太阳的C/O丰度比,这意味着WASP-77 AB的大气具有显着的亚恒星的碳和氧丰度与超恒星的C/O比。我们的结果可能表明WASP-77 AB的包层是被行星吸积在其母原行星盘的H2O冰线之外的。虽然这些理想化模型的许多理论复杂性现在已经被确定,非太阳原行星盘丰度比的可能性甚至混淆了最复杂的原行星盘和巨型行星形成模型。因此,我们认为,巨行星大气丰度比只能有意义地解释相对于可能的非太阳平均组成的父母原行星盘记录在光球丰度的太阳型矮宿主恒星。
2022-02-01 astro-ph.EP astro-ph.SR
Circumbinary Planet Formation in the Kepler-16 System. II. A Toy Model for In-situ Planet Formation within a Debris Belt
最近的模拟显示,环双星结构的行星(例如开普勒最近发现的那些)的形成在小行星吸积阶段受到极大的阻碍。双星和原行星盘的共同作用使千米大小的微行星之间的撞击速度超过了它们的破坏阈值,从而阻止了距离双星至少10天文单位范围内的行星形成。有人提出,一个原始的人口“大”的星子(100公里或以上的大小),产生的湍流浓度机制,将能够绕过这个瓶颈,但是,目前还不清楚这些过程是否是可行的高度扰动的环双星环境。我们进行二维流体动力学和N体模拟表明,公里大小的星子和碰撞碎片可以漂移,并被困在一个带靠近中央双星。在这个带中,微行星最初可以通过吸积碎片来生长,最终成为“坚不可摧”的种子,尽管撞击速度很大,但可以原位吸积其他微行星。我们发现,大的,不可摧毁的微行星可以形成接近中央双星在$10^5$年,因此表明,即使是一个原始的人口“小”微行星可以可行地形成一颗行星。
2014-06-04 astro-ph.EP
Icy Volatile Enhancements in Evolving Protoplanetary Disks
Department of Astronomy, University of Chicago(芝加哥大学天文学系)
研究探讨了原行星盘中冰冻挥发物的增强机制,通过结合盘动态与简单的升华和沉积化学,揭示了挥发物在盘半径上的再分布作用,特别是对固态颗粒、行星esimal和行星组成的影响。
2026-04-15 astro-ph.EP
A JWST/MIRI analysis of the ice distribution and PAH emission in the protoplanetary disk HH 48 NE
本文利用JWST/MIRI观测原行星盘HH 48 NE,发现CO₂、NH₃、H₂O等冰特征主要产生于50-100 au且位于高海拔区域,并提出盘风遮挡紫外辐射或垂直混合两种机制解释冰的垂直分布。
2024-07-12 astro-ph.EP
Formation of the Trappist-1 system in a dry protoplanetary disk
本研究针对Trappist-1系统行星密度随距离递减的特征,提出行星形成于含页硅酸盐砾石的干燥原行星盘的新假说,解释了内外行星冰含量差异的成因。
2024-01-29 astro-ph.EP
Locked In Ice: how Pebble Drift and Volatile Entrapment can Significantly Impact Carbon and Oxygen Ratios in Evolving Protoplanetary Discs
University of Exeter(埃克塞特大学);University College Cork(科克大学学院);University of Copenhagen(哥本哈根大学);UC Berkeley Department of Chemistry(加州大学伯克利分校化学系)
该研究提出了一种模型,通过将CO封存到水冰中,显著影响原行星盘中碳和氧的分布,从而改变行星形成过程中的化学组成。
2025-10-21 astro-ph.EP
Polar alignment of a protoplanetary disk around an eccentric binary
我们使用三维流体动力学模拟表明,一个最初轻度错位的circumbinary吸积盘周围的偏心二进制可以发展到一个方向,是垂直于轨道平面的二进制(极性对齐)。当圆盘演化到垂直状态时,它经历了升交点倾角和经度的节天平动振荡。圆盘内的耗散使振荡衰减。该过程在临界初始失准角以上操作,该失准角取决于双星的偏心率和磁盘的质量。对于0.5的二进制偏心率,该过程通常用于小于二进制质量的百分之几的盘质量和大于40度的初始倾斜角。这种演化对偏心双星系统周围的行星形成有重要的意义。
2017-02-02 astro-ph.EP
Detections of trans-Neptunian ice in protoplanetary disks
我们提出了赫歇尔空间天文台PACS光谱的金牛座T星,在其中我们检测到无定形和结晶水冰的功能。利用辐照的吸积盘模型,我们确定了每个系统的盘结构和冰丰度。结合冰特征强度和盘大小的模型独立比较和模型冰位置的详细分析,我们估计冰发射区在盘半径> 30 AU,与原始柯伊伯带一致。在垂直方向上,冰在光解吸带以下释放的最多,这与赫歇尔对冷水蒸气的观测一致。结晶水冰出现在盘的位置a)比它的结晶温度低,b)它应该在约100万年内重新非晶化,这表明局部生成正在发生;最可能的原因似乎是微陨石撞击或星子碰撞。基于简单的测试与UV模式和不同的冰分布,我们认为,SED形状从20到50微米可能探测的位置的水冰雪线在磁盘上层。该项目是对彗星冰库空间结构的首批太阳外探测之一,彗星冰库被认为是向类地行星输送水的水库。
2014-11-27 astro-ph.EP astro-ph.SR
Surviving the Heat: multi-wavelength analysis of V883 Ori reveals that dust aggregates survive the sublimation of their ice mantles
通过对 V883 Ori 的多波段 ALMA 观测与尘埃演化模拟,发现厘米级尘埃聚集体能在水冰升华中存活,表明尘埃聚集体对剧烈加热具有适应性,可能影响雪线内侧干燥星子的形成路径。
2023-12-04 astro-ph.EP