A thermodynamic view of dusty protoplanetary disks
嵌入气态原行星盘中的小固体会受到强烈的尘埃-气体摩擦。因此，紧密耦合的灰尘颗粒几乎跟随气流。沿着流线的尘埃与气体之比的近似守恒类似于沿着具有弱加热和冷却的（无尘）气体流动的熵的近似守恒。我们把这个热力学类比发展成一个框架来研究原行星盘中的尘埃气体动力学。我们表明，等温含尘气体的行为像一个绝热的纯气体，有限的尘埃气体耦合可以被视为一个有效的加热/冷却。我们利用这种对应关系推断：1）完全耦合的薄尘埃层不会引起轴对称不稳定性; 2）如果尘埃垂直混合均匀，尘埃径向边缘是不稳定的; 3）气流不稳定性必然涉及滞后于尘埃密度的气压响应; 4）尘埃负荷引入浮力，该浮力通常稳定与全球径向温度梯度相关的垂直剪切不稳定性。我们还讨论了其他流体动力学过程（如罗斯贝波不稳定性，对流超稳定性和僵尸涡）的尘埃类似物，以及如何模拟尘埃原行星盘与现有的纯气体动力学代码的微小调整。
2017-10-10 astro-ph.EP
Buoyancy response of a disk to an embedded planet: a cross-code comparison at high resolution
本研究针对原行星盘中嵌入行星激发的浮力响应问题，通过三维数值模拟对比PLUTO/IDEFIX与FARGO3D的表现，发现前者难解析高阶振荡模，指出激波捕捉代码需高分辨率或高阶格式以准确捕捉该效应。
2023-08-28 astro-ph.EP physics.flu-dyn
Magnetic fields of protoplanetary disks
本文综述了原行星盘磁场研究，结合观测数据与MHD模型，分析角动量输运及磁通演化机制，并主张可用化石磁场理论解释观测结果。
2024-01-25 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.plasm-ph
Resonant Drag Instabilities in protoplanetary disks: the streaming instability and new, faster-growing instabilities
我们确定和研究了一些新的，快速增长的不稳定性的尘埃颗粒在原行星盘，这可能是重要的星子形成。这项研究是基于这样的认识，即尘埃气体混合物是一般不稳定的共振阻力不稳定性（RDI），只要气体，没有灰尘，支持无阻尼线性模式。我们表明，“流不稳定性”是一个RDI与周转振荡，这提供了简单的解释其机制和准确的分析表达式，其增长率和增长最快的波长。我们将这种分析扩展到更一般的尘埃流运动和其他波，包括浮力和磁流体动力学振荡，发现各种新的不稳定性。最重要的是，我们确定了磁盘的“沉降不稳定性”，这是由于灰尘垂直沉降到旋转磁盘的中平面。对于小颗粒，这种不稳定性的增长速度比标准的流动不稳定性快许多数量级，其增长率与颗粒尺寸无关。现实的尘埃-气体比的增长时间尺度与磁盘轨道周期相当，特征波长比流动不稳定性大一个数量级以上（允许不稳定性集中更大的质量）。这表明，在沉降过程中，尘埃将带成环，然后是细丝或团块，潜在地播种尘埃陷阱，高金属含量的区域，反过来又播种流动的不稳定性，甚至是凝结或直接坍缩为星子的过度密度。
2018-04-14 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
An analytical model of radial dust trapping in protoplanetary disks
我们研究了原行星盘中轴对称气体环中的尘埃浓度。给定气体表面密度，我们推导出一个分析的总粉尘表面密度，考虑到不同的浓度的所有粒径。该模型使我们能够预测当地的粉尘-气体的质量比和粒度分布的斜率，作为半径的函数。我们测试这个分析模型比较它与3D磁流体动力学模拟尘埃演化的吸积盘。该模型也适用于HD 169142周围的磁盘。通过同时拟合在$λ= 0.87$、1.3、3.0 mm处的盘连续观测，我们得到了全球尘埃-气体质量比$ε_{\rm global} = 1.05 \times 10^{-2}$和粘滞系数$α= 1.35 \times 10^{-2}$。该模型可方便地用于吸积盘的数值模拟。
2019-03-20 astro-ph.EP
On the evolution of the snow line in protoplanetary discs II: Analytic approximations
我们研究了包含死区（零或低湍流区域）的原行星盘中雪线的演化。雪线是在一个自引力的死区的一部分，我们得到了一个完全解析的解决方案，其半径。我们的公式可能会被证明是有用的，为未来的观测尝试，以确定人口的行星以外的雪线。来自中心恒星的喜剧射线或X射线等外部来源可以电离圆盘表面层，并允许磁旋转不稳定性驱动那里的湍流。我们发现，只要该层的表面密度小于约50 g/cm ^2，在初始爆发阶段之后，死区溶液存在，直到圆盘通过光蒸发分散。我们证明，雪线半径是显着大于一个完全湍流盘模型预测，在我们自己的太阳系，它仍然在地球的轨道半径之外。因此，将死区纳入原行星盘模型解释了我们的地球是如何在水很少的情况下形成的。
2013-06-21 astro-ph.EP
Observational Signatures of Planets in Protoplanetary Disks: Temperature structures in spiral arms
原行星盘的高分辨率成像揭示了螺旋结构的丰富多样性，其中一些可能是由盘-行星相互作用产生的。使用三维流体力学与$β$冷却到垂直分层的背景，以及辐射传输建模，我们调查的温度上升行星驱动的螺旋。在快速冷却的盘中，温度上升主要是由恒星辐射的贡献，在行星半径内为0.3-3%，但在行星半径外总是<0.5%。然而，当冷却时间等于或超过动力学时间时，这会被流体动力学PdV工作所淹没，它会在行星轨道半径的2倍范围内引入10-20%的扰动。我们设计了一个螺旋振幅$Δ(T)$的经验拟合，以考虑这两种效应。在冷却缓慢的地方，我们还发现，浮力螺旋的温度扰动-一个严格的3D，非等温现象-变得几乎一样强大的林德布拉德螺旋，这是服从2D和等温研究。我们的研究结果可能有助于解释在TW Hydrae和CQ Tauri等磁盘中观察到的热特征，并强调3D效应对磁盘结构具有定性的重要影响。
2021-07-13 astro-ph.EP astro-ph.SR
An analytic solution to measure the gas size in protoplanetary discs in the viscous self-similar scenario
为了了解哪种机制是负责吸积在原行星盘，一个强大的知识所观察到的光盘半径使用气体示踪剂，如$^{12}$ CO和其他CO同位素是关键。事实上，提出的两个主要理论，粘性吸积和风驱动吸积，预测不同的时间演化的光盘半径。在这封信中，我们提出了一个解析解的光盘半径的演变在粘性演化的原行星盘使用$^{12}$ CO作为示踪剂，假设$^{12}$ CO半径是半径的表面密度的光盘是等于CO光解离的阈值。我们讨论的解决方案的属性和其适用性的限制，作为一个简单的数值处方，以评估所观察到的光盘半径的人口光盘。我们的研究结果表明，除了光解离，冻结也起着重要的作用，在设置光盘的大小。我们发现一个有效的减少约两个数量级的CO丰度在CO光解离的位置，但不应被解释为大量的CO丰度的光盘。使用我们的分析解决方案将允许计算大量的模型，而不使用昂贵的计算资源，如辐射转移计算光盘的大小。
2022-11-10 astro-ph.EP
The Spiral Wave Instability Induced by a Giant Planet: I. Particle Stirring in the Inner Regions of Protoplanetary Disks
我们最近表明，螺旋密度波传播在吸积盘可以经历一个参数不稳定性共振耦合和转移能量成对惯性波（或惯性-重力波时，浮力是重要的）。在本文中，我们进行了无粘三维全球流体动力学模拟研究的增长和后果，这种不稳定性的螺旋波驱动的一个小行星质量的行星在原行星盘。我们发现，螺旋波是不稳定的，通过螺旋波不稳定性（SWI），产生流体动力学湍流和持续的径向交替的垂直流，似乎与长波长的惯性模式。在$0.3~R_p \leq R \leq 0.7~R_p$区间内（$R_p$表示行星轨道的半长轴（假定为5 au）），估计的与湍流相关的垂直扩散率用$α_{\rm diff} \sim (0.2-1.2) \times 10^{-2}$表征。对于这里考虑的圆盘模型，扩散速率是这样的，即尺寸高达几厘米的颗粒在第一压力标度高度内垂直混合。这表明，巨行星发射的螺旋波的不稳定性可以显着分散来自中平面的固体颗粒和痕量化学物质。在行星形成模型中，球粒/卵石的连续局部生产发生在Myr时间尺度上，为卵石吸积到这些天体上提供原料，这种固体颗粒的搅拌可能会增加一个时间限制：行星胚胎和大的小行星必须在气体巨星在外盘形成之前形成，否则SWI将显着降低球粒/卵石吸积效率。
2016-10-26 astro-ph.EP
Investigating Protoplanetary Disk Cooling through Kinematics: Analytical GI Wiggle
年轻的原恒星盘很可能会经历一个自引力阶段。这样的系统的特点是存在一个螺旋图案，可以在准稳态或非线性不稳定的条件。这种螺旋波影响气体动力学和运动学，导致偏离开普勒旋转。近年来，人们对行星形成环境的运动学研究投入了大量的精力，由于对原恒星盘的高空间和光谱分辨率观测，我们现在能够测量甚至很小的速度场扰动（开普勒速度的$\lesssim 1 \%$）。在这项工作中，我们调查的引力不稳定性的运动学特征：我们进行了分析研究的线性响应的自引力盘的螺旋状扰动，我们的注意力集中在速度场扰动。我们发现，不稳定的磁盘有明确的运动学印记到整个磁盘范围内的气体成分，由于GI螺旋波扰动，导致开普勒旋转的偏差。这些特征的形状取决于几个参数，但它们受到冷却因素的显著影响：通过检测这些特征，我们可以限制原行星盘的冷却。
2022-01-11 astro-ph.EP
Planet formation in stellar binaries I: planetesimal dynamics in massive protoplanetary disks
大约$20\%$的径向速度调查发现的系外行星居住在恒星双星。为了弄清它们的起源，我们必须了解双星系统内原行星盘中的微行星的动力学。标准的描述，只占气体阻力和引力的伴星已受到挑战，最近的原行星盘的引力被证明在星子动力学中起着至关重要的作用。另一个复杂的现象是双星系统中的原行星盘倾向于偏心，从而引起额外的星子偏心率激发。在这里，我们第一次解析地探讨了双星如$α$ Cen和$γ$ Cep在（1）偏心原行星盘的重力，（2）由于（共面）偏心伴星的扰动，和（3）气体阻力的联合作用下的星子的长期动力学。我们得到明确的解决方案的行为的星子偏心率${\bf e}_p$在非旋进磁盘（和旋进磁盘在一定的限制）。我们得到了星子相对速度分布的解析形式，这是理解它们碰撞演化的关键输入。盘引力强烈地影响相对速度，并且倾向于将以最高速度与可比物体碰撞的微行星的大小推到小值，$\sim 1$ km。我们还发现，在偏心的原行星盘approximally对齐的双星轨道的星子碰撞在较低的相对速度比在错位磁盘。我们的研究结果突出了一个决定性的作用，磁盘重力在双星的微行星动力学。
2014-08-21 astro-ph.EP
Migration of Planets Into and Out of Mean Motion Resonances in Protoplanetary Disks: Analytical Theory of Second-Order Resonances
最近对开普勒多行星系统的观测揭示了许多系统的行星非常接近二阶平均运动共振（MMR，周期比为$1:3$，$3:5$等）。我们提出了一个解析研究的共振捕获及其稳定性的行星迁移在气体盘。共振捕获需要缓慢收敛迁移的行星，足够大的偏心阻尼时标$T_e$和小的预共振偏心。我们量化这些要求，并发现他们可以满足超级地球的原行星盘条件下。对于捕获到共振的行星，可以达到平衡态，其中由于共振行星-行星相互作用而引起的偏心激励平衡由于行星-盘相互作用而引起的偏心阻尼。我们表明，这种“捕获”的平衡可以是超稳定的，导致部分或永久逃逸的行星的共振。通常，捕获状态的稳定性取决于内外行星质量比$q=m_1/m_2$和偏心阻尼时间比。超稳定增长时间的顺序为$T_e$，但可以大得多的系统接近稳定阈值。对于经历I型（非间隙开放）迁移的低质量行星，收敛迁移需要$q \lesssim 1$，而捕获的稳定性需要$q\gtrsim 1$。这些结果表明，稳定捕获到二级MMR的行星对具有可比的质量。这与一阶MMR相反，在一阶MMR中，存在用于稳定共振捕获的较大参数空间。我们证实和扩展我们的分析结果与$N$体模拟，并表明，过稳定的捕获，从MMR逃逸时间可以媲美的时间，行星之间的共振迁移。
2017-03-11 astro-ph.EP
Dimming and CO absorption toward the AA Tau protoplanetary disk: An infalling flow caused by disk instability?
AA Tau是金牛座星云中的一颗经典T型金牛星，由于其光学亮度的准周期变化，二十多年来一直是密集的光度监测的对象。从2011年开始，AA Tau显示出另一种特殊的变化-它的中值光学虽然近红外通量显着变暗，这与视觉消光增加4等一致。从那时起，它一直处于微弱状态。在这里，我们展示了AA Tau在八个时期（覆盖十一年的时间跨度）的4.7 um CO振转光谱，揭示了变暗后$J_{\rm low}\leqslant$ 13跃迁中增强的12 CO和13 CO吸收特征。这些新出现的谱线需要分子气体沿着视线，T~500 K，柱密度log（N12 CO）~18.5 cm^{-2}，谱线中心显示恒定的6 km s $^{-1}$红移。分子气体的性质证实了其起源于星周物质。我们认为，调光和吸收是由气体和尘埃的磁浮力不稳定性提升到很高的高度。这种物质现在正在向内传播，在几年内到达恒星时将被观察到吸积爆发。
2015-03-21 astro-ph.EP astro-ph.SR
Analytic description of the gas flow around planets embedded in protoplanetary disks
本文通过三维非等温流体模拟与伯努利定理，推导原行星盘中行星诱发外流的形态和速度解析公式，并给出质量、逆风及尘埃停止时间对其影响。
2023-11-03 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
Rotational Instability in the Outer Region of Protoplanetary Disks
我们解析计算了原行星盘旋转不稳定性的边缘稳定面密度轮廓。导出的轮廓可以用于考虑旋转盘中的径向气压梯度力与重力相当的区域，例如盘的内边缘、陡峭的间隙或凸起以及外部区域。在本文中，我们特别关注在盘的外部区域的旋转不稳定性。我们发现一个具有相似解的表面密度分布的原行星盘在一定半径处变得旋转不稳定，这取决于它的温度分布和中心恒星的质量。如果温度相对较低，而中心恒星的质量较高，则盘具有旋转稳定的相似轮廓。否则，偏离表面密度的相似性配置文件可以观察到，使用高灵敏度的设施，如ALMA。
2014-07-10 astro-ph.EP
Radial drift in warped protoplanetary disks
本文解析推导翘曲原行星盘中的径向漂移，揭示翘曲可因压力梯度及气体与尘埃进动差异形成尘埃陷阱，从而解决米级障碍问题，并可能适用于活动星系核盘。
2023-09-05 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
Planet-driven spirals in protoplanetary discs: limitations of the semi-analytical theory for observations
本研究通过流体动力学模拟与半解析模型对比，发现常用螺旋波模型在低质量区间定性可用但低估扰动，在中等质量区间因俯仰角偏差而失效，需改进以适用于观测。
2024-06-19 astro-ph.EP
A semi-analytic model of the bouncing barrier for protoplanetary dust aggregates
Center for Mathematical Science and Advanced Technology, Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology（日本海洋地球科学技术机构先进技术与数学科学中心）；Department of Earth and Planetary Sciences, Institute of Science Tokyo（东京科学大学地球与行星科学系）；Astronomical Institute, Tohoku University（东北大学天文研究所）；Department of Applied Physics, Tokyo University of Science（东京理科大学应用物理系）
针对原行星盘中尘埃聚集体碰撞弹跳限制生长的问题，提出一种基于弹塑性接触和随机键网络断裂的半解析模型，预测弹跳边界，并与ALMA观测推断的尺寸-速度范围一致。
2026-06-26 astro-ph.EP cond-mat.soft
On the evolution of the CO snow line in protoplanetary disks
CO被认为是生命所必需的益生元分子的重要组成部分。因此，了解CO在太阳星云中以固态形式存在的位置对于了解生命的起源非常重要。我们模拟了原行星盘中CO雪线的演化。我们发现，目前观察到的CO雪线在我们的太阳系的位置，并在太阳系模拟TW水螅，不能解释一个完全湍流盘模型。与时间相关的磁盘模型，我们发现，包括一个死区（低湍流区域）可以解决这个问题。此外，我们得到了一个完全解析解的CO雪线半径晚盘演化时间。这将有助于未来的观测尝试，以描述人口统计学特征并预测系外行星的组成和可居住性。
2014-02-13 astro-ph.EP
Co-evolution of dust grains and protoplanetary disks II: structure and evolution of protoplanetary disks; an analytical approach
本研究解析研究了原行星盘的结构与演化，提出盘半径从形成时的几AU增长至吸积末期的数百AU，并指出磁制动与内部输运机制导致盘外缘角动量轮廓的连续性差异。
2024-04-22 astro-ph.EP astro-ph.SR
On the formation of our solar system and many other protoplanetary systems observed by ALMA and SPHERE
鉴于ALMA和SPHERE最近进行的许多观测，越来越清楚的是，在这些原恒星实际上完全形成之前，原行星盘在距离中央原恒星不同距离的狭窄环形间隙中形成行星，气体盘已经完成了它们的吸积/扩散过程。这与许多不符合这一原始图像的多行星系外行星系统形成鲜明对比。这一重大差异需要作出解释。在这项工作中，我们提供了这样的解释，基于解析解的圆柱形等温Lane-Emden方程的旋转，不依赖于边界条件。微分方程的这些“本征”解吸引柯西问题的解，并迫使它们永久振荡。这种振荡产生了密度最大值，尘埃和微行星被困其中，它们可以在这种原行星状星云非常早期的等温演化过程中形成原行星核。我们将这个模型应用到我们的太阳星云，它在原地形成了至少11个原行星核心，这些核心已经成长为行星，这些行星已经不受干扰地存活到今天。我们也正在将相同的模型应用于ALMA/DSHARP磁盘。
2019-03-03 astro-ph.EP
Rotation curves in protoplanetary disks with thermal stratification
本研究通过解析求解热分层原行星盘的流体静力平衡，推导方位角速度，以解释CO同位素速度差异，并用SPH模拟验证后拟合MAPS样本参数。
2024-03-11 astro-ph.EP
Mass Estimates of a Giant Planet in a Protoplanetary Disk from the Gap Structures
一颗巨大的行星嵌在原行星盘中形成了一个缺口。最近发现了间隙深度、行星质量$M_{p}$、盘长宽比$h_p$和粘度$α$之间的解析关系，并且间隙深度可以用单个参数$K= (M_{p}/M_{\ast})^2 h_p^{-5} α^{-1}$表示。我们讨论了如何观察到的间隙功能可以用来约束磁盘和/或行星参数的基础上的间隙深度的解析公式。对盘的长宽比的限制在确定行星质量时是至关重要的，因此温度和图像的观测组合可以提供对行星质量的限制。我们将这个能隙深度公式应用于HL~Tau和HD~169142的观测。在HL~Tau的情况下，我们认为$\gtrsim 0.3$的行星是导致在$30$ ~AU观测到的距中心恒星的能隙深度为$\lesssim 1/3$的原因。在HD~169142的例子中，VLA最近发现的导致隙结构的行星质量是$\gtrsim 0.4 M_J$。我们还认为，螺旋结构，如果观察到，可以用来估计盘的长宽比和行星质量的下限。
2015-05-18 astro-ph.EP
An Analytic Model for an Evolving Protoplanetary Disk with a Disk Wind
我们描述了一个由粘性和盘风驱动的演化原行星盘的分析模型。圆盘被恒星辐射和粘性产生的能量加热。演化由3个参数控制：（i）在参考距离和温度下朝向中心恒星的流入速度，（ii）由盘风引起的流入比例，以及（iii）相对于盘内通量的风质量损失率。该模型给出了磁盘中平面温度和表面密度作为时间和距离恒星的函数。它的目的是提供一种有效的方法来计算条件的原行星盘中使用的模拟行星形成。在这个模型中，由粘性主导的圆盘径向扩散，同时将质量损失到恒星上。径向扩展是降低内盘表面密度的主要因素。盘质量在后期仍然很大。由于强烈的粘性加热，内部区域的温度在早期很高。由风主导的对流层经历更少的径向扩散和更弱的粘性加热。这些盘在后期比纯粘性盘具有低得多的质量。当风引起的质量损失很大时，内圆盘的表面密度梯度变浅，在极端情况下斜率可以变为正值。
2020-05-18 astro-ph.EP astro-ph.SR
Millimeter dust continuum and polarization in protoplanetary disks with scattering: A slab model
National Astronomical Observatory of Japan, National Institutes of Natural Sciences（日本国立天文台，国立自然科学研究院）；Astronomical Science Program, Graduate Institute for Advanced Studies, SOKENDAI（SOKENDAI 高等研究院天文学研究项目）
研究评估了原行星盘毫米波连续谱发射的近似公式有效性，并推导出更准确的连续谱和偏振发射公式，以提高观测分析的准确性。
2026-05-14 astro-ph.EP
Dust Settling and Clumping in MRI Turbulent Outer Protoplanetary Disks
星子的形成是行星形成中一个关键但知之甚少的过程。人们普遍认为，星子的形成是尘埃通过流动不稳定性（SI）聚集的结果。然而，最近的分析和数值研究表明，SI可以阻尼或抑制外部湍流，至少原行星盘的外部区域可能是弱湍流由于磁旋转不稳定性（MRI）。我们进行高分辨率的局部剪切盒模拟混合粒子-气体磁流体动力学（MHD），将双极扩散作为主要的非理想MHD效应，适用于外盘区域。我们首先表明，尘埃反作用增强尘埃沉降向中平面减少湍流相关时间。在中等水平的MRI湍流，我们发现，灰尘结块实际上是更容易比传统的SI的情况下，在这个意义上的固体丰度的阈值结块是较低的。尘埃聚集的关键是尘埃的反作用和局部压力极大值的存在，在我们的工作中，这是由MRI纬向流克服背景压力梯度形成的。总体而言，我们的研究结果支持星子形成的MRI湍流外原行星盘，特别是在环状的子结构。
2021-10-29 astro-ph.EP
A Semi-Analytical Description for the Formation and Gravitational Evolution of Protoplanetary Disks
研究了非磁化分子云中自引力原行星盘的形成过程。在大质量盘形成的早期，由于引力矩的作用，角动量被重新分配。我们发展了一个简化的一维吸积盘模型，该模型考虑了气体从包层到吸积盘的注入和吸积盘中角动量的转移。首先，我们估计气体吸积率从云核到磁盘的气体压力和重力作用在云核上的近似估计的影响。我们制定的有效粘度作为一个函数的Toomre Q参数，衡量当地的引力稳定性的旋转薄盘。我们使用一个函数的粘度，当磁盘的引力不稳定的变化与Q敏感。我们发现在盘的演化过程中存在一种很强的自我调节机制。在原行星盘的形成过程中，表面密度的演化并不依赖于有效粘性模型的其他细节，如粘性系数的前因子。接下来，为了验证我们的模型，我们比较了我们的配方与三维流体动力学模拟计算的磁盘的时间演化。由一维吸积盘模型得到的吸积盘结构与三维模拟结果吻合得很好。该模型为进一步模拟原行星盘中的化学、辐射转移和行星形成提供了有用的工具。
2013-05-15 astro-ph.EP astro-ph.SR
Curveballs in protoplanetary disks - the effect of the Magnus force on planet formation
在气态原行星盘中旋转的星子可能会受到垂直于它们相对速度的流体动力。我们研究这种力量对这些物体的动力学的影响，使用分析参数的基础上一个简单的层流盘模型和数值积分的运动方程为单个晶粒。我们特别关注米大小的巨石，传统上预计从1 A.U.开始，在短短100年内螺旋进入中央恒星。我们发现，有合理的情况下，这种力量延长了这些固体在磁盘中的几个因素的寿命。更重要的是，如果尘埃颗粒的尺寸大于10厘米量级，马格努斯力引起的速度可以通过内部盘的引力不稳定性阻止星子的形成。我们发现，尽管马格努斯力的扩散效应，增长最快的线性模式的流动不稳定性可能仍然增长，但它仍然有待观察马格努斯力将如何改变这些不稳定性的非线性演变。
2015-07-28 astro-ph.EP
Density Waves Excited by Low-Mass Planets in Protoplanetary Disks II: High-Resolution Simulations of the Nonlinear Regime
我们调查数值传播的密度波激发的低质量行星在原行星盘在非线性制度，使用二维局部剪切盒模拟与网格为基础的代码雅典娜在高空间分辨率（256个网格点每标度高度h）。非线性演化导致波变陡成激波，引起阻尼和角动量转移到圆盘。在较长的时间尺度上，这会导致磁盘密度的空间重新分布，导致迁移反馈，并可能导致间隙开放。以往的数值研究主要集中在探索这些次级现象作为非线性波演化的探针。在这里，我们专注于探索的基本波的性质的演变，如其密度分布的演变，冲击波的形成，后冲击波的行为，并提供与分析理论的比较。激波处的位涡生成是通过解析计算的，随后通过模拟进行验证，并用于确定激波位置。我们证实了激波长度与行星质量之间的理论关系（包括状态方程的影响），以及激波携带的角动量通量的激波后衰减。冲击后的波轮廓的演变进行了探讨，我们定量地证实其收敛到理论预期的N波形状。计算非线性波演化的各种数值算法的精度也进行了研究：我们发现，高阶空间重构和高分辨率是正确捕捉激波形成的关键。
2011-10-06 astro-ph.EP
On the Interaction between a Protoplanetary Disk and a Planet in an Eccentric Orbit: Application of Dynamical Friction
我们提出了一种新的分析方法，盘行星的相互作用，是特别有用的行星偏心率大于磁盘的纵横比。我们利用动力摩擦公式计算行星盘对行星的作用力，并将该作用力在行星周期内平均。由此产生的迁移和偏心阻尼时标同意非常好，与以前的作品中，行星偏心率是适度大于磁盘的纵横比。这种方法的优点是，它是可能的，适用于任意大偏心率的制定。我们已经发现，在高度偏心的行星的情况下，轨道演化的时间尺度在很大程度上取决于所采用的盘模型。我们讨论了我们的结果可能的含义的理论行星形成。
2011-06-02 astro-ph.EP
The saturation of the VSI in protoplanetary disks via parametric instability
垂直切变不稳定性（VSI）是辐照原行星盘（PPD）中一种强而潜在的重要现象，但其饱和机制仍知之甚少。全球模拟表明，VSI的非线性演变主要是由径向传播的惯性波列（称为“体模”），但这些都是已知的参数不稳定性敏感。在本文中，我们提出，全球VSI饱和通过这种二次不稳定性，这引发了一个重新分配的能量从大尺度到小尺度的惯性波，并最终进入湍流级联。我们提出了一个分析理论的不稳定性在一个简单的理想化模型，捕捉主要的物理和数学细节的问题。此外，我们进行数值模拟与SNOOPY代码，以巩固理论。一旦参数不稳定性占上风，VSI可能比当前全球模拟所显示的更加无序和不相干。我们还认为，这是具有挑战性的捕捉参数不稳定性的全球模拟，除非径向分辨率是非常好的，可能$\sim 300$网格单元每尺度高度半径。
2022-01-22 astro-ph.EP
Eccentricity Growth of Massive Planets inside Cavities of Protoplanetary Discs
本研究通过流体动力学模拟探究原行星盘空腔内1-30倍木星质量行星的偏心率增长，揭示林德布拉德共振主导的多阶段增长规律、最大偏心率范围及增长率与参数的解析关系，并推导1:3共振宽度。
2023-03-31 astro-ph.EP
Analytic expressions for geometric cross-sections of fractal dust aggregates
在原行星盘和行星大气中，尘埃颗粒凝聚形成分形尘埃聚集体。这些聚集体的几何截面是表征空气动力学摩擦、碰撞率和不透明度的关键参数。然而，横截面的数值测量通常是耗时的，因为骨料呈现复杂的形状。在这项研究中，我们推导出一个新的解析表达式的几何截面的分形聚集体。如果聚集体由半径为$R_0$的$N$单体组成，则其几何横截面$G$表示为\begin{equation} \frac{G}{NπR_0^2}=\frac{A}{1+(N-1)\tildeσ}, \nonumber \end{equation}，其中$\tildeσ$是重叠效率，并且$A$是将解析表达式与小的非分形簇极限连接的数值因子。重叠效率取决于集料的分形维数、分形前因子和集料的$N$，并导出了其解析表达式。解析表达式成功地再现数值测量的聚集体的截面。我们还发现，我们的表达式是兼容的平均场光散射理论的聚集体在几何光学限制。该解析表达式大大简化了繁琐的计算，并将有助于原行星盘和行星大气中分形颗粒生长的模型计算。
2021-04-14 astro-ph.EP
Resonant Chains and the Convergent Migration of Planets in Protoplanetary Disks
本研究提出绝热盘中I型迁移的解析判据，用于维持行星共振链的汇聚迁移，应用于多个系统后发现需极端盘参数，并揭示最内行星距离与恒星质量的经验关系，支持磁场截断盘内边缘的停驻机制。
2024-02-07 astro-ph.EP
Local semi-analytic models of magnetic flux transport in protoplanetary discs
吸积盘中大尺度极向磁场的演化是一个重要的问题，因为它决定了风的发射和磁旋转不稳定性产生湍流或通道流的可行性。最近的研究，无论是半解析计算和数值模拟，都强调了至关重要的作用，非理想的MHD效应（欧姆电阻率，霍尔漂移和双极扩散），相关的原行星盘的背景下，可能发挥磁通量在光盘的演变。我们调查通过使用两个一维的半解析模型在垂直方向上，探索制度，不同的物理源项和影响占主导地位的磁盘中的通量传输。这两个模型的控制方程推导出通过执行一个渐近展开的限制薄盘，与不同的制度隔离，通过设置变量之间的相对顺序的领先条款。通量输运率和垂直结构配置文件的扩散率和磁盘磁化的范围内计算。我们发现，欧姆和双极扩散驱动径向向外通量运输与向外倾斜的字段。外流驱动的风向内通量运输，这是显着增强霍尔漂移的存在下，在正极的情况下，$η_H (\boldsymbol{B}_z \cdot \boldsymbolΩ) > 0$，一种效果，这只是简要地指出了之前。仅与向外倾斜耦合，霍尔效应减少了由背景欧姆和/或双极扩散率给出的通量传输，但是当它是唯一存在的非理想效应时不驱动通量传输。
2019-06-13 astro-ph.EP astro-ph.SR
Protoplanetary Disk Heating and Evolution Driven by the Spiral Density Waves
一些原行星盘在散射光下的高分辨率成像显示，存在着明显振幅的全球螺旋臂，可能是由大质量行星或恒星伴星激发的。假设这些武器的密度波，演变成螺旋冲击，我们评估其对热力学，吸积和全球的磁盘演变的影响。我们推导出的直接（不可逆）加热，角动量输运，和质量吸积率引起的磁盘冲击的任意强度的解析表达式。我们发现这些过程是非常敏感的冲击振幅。集中在中等强度的波（密度跳跃的冲击$ΔΣ/Σ\sim 1$），我们表明相关的磁盘加热是可以忽略不计的（在$\sim 1\%$水平的能量预算）在被动的，照射的原行星盘上$\sim 100$ AU尺度，但变得重要的几个AU从恒星。与此同时，激波加热可能是激变变星、恒星X射线双星和超大质量黑洞双星盘中的一个重要（甚至是主导）能源，主要由粘性耗散加热。由整体螺旋激波引起的质量吸积相当于（或超过）由于粘性应力引起的质量流入。在$\sim 100$ AU的$\lesssim 0.5$ Myr中，以突出的全球螺旋为特征的原行星盘必须迅速演变。直接上限的磁盘演变的时间尺度可以建立通过测量的重力扭矩，由于从成像数据的螺旋臂。我们的研究结果表明，无论其起源，全球螺旋波必须是重要的代理商的原行星盘的演变。它们可能是盘扩散的一种有效机制，并可能与过渡盘现象有关。
2016-01-12 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
On Eccentric Protoplanetary Disks I -- How Eccentric are Planet-Perturbed Disks?
Clemson University（克莱姆森大学）
研究通过二维模拟揭示行星扰动下盘的偏心性形成机制，并提出偏心率与参数的关系式，为观测偏心盘提供理论基础。
2026-02-18 astro-ph.EP
On the aerodynamic redistribution of chondrite components in protoplanetary disks
尽管原始陨石（陨石）的成分大致与太阳相同，但它们在化学、同位素和岩相学性质上存在差异，特别是碳质陨石和非碳质陨石之间的一级二分法。在这里，我们调查分析的动力学的组成部分（球粒，耐火夹杂物，金属/硫化物和基质颗粒）在原行星盘之前，他们在球粒陨石母体纳入。我们发现的动力学的固体，受气体阻力，基本上是由“气固解耦参数”$S\equiv \textrm{St}/α$，无量纲停止时间的湍流参数的比率控制。当$S$超过1时，固体颗粒相对于气体的解耦是显著的。预计$S$将随着时间和日心距离的增加而增加。根据（i）难熔包裹体的丰度、（ii）基质的比例、（iii）亲石元素丰度和（iv）球粒的氧同位素组成，我们认为非基质的变质组分在碳质辉长岩增生时具有$S<1$，而在其他辉长岩增生时具有$S>1$。这表明，平均而言，碳质方解石的增生早于其他方解石，难熔包裹体与其宿主碳质方解石有遗传关系。
2012-04-19 astro-ph.EP
Effect of irradiation model on 2D hydrodynamic simulations of self-gravitating protoplanetary discs
本研究比较了两种辐照实现模型对自引力原行星盘二维流体动力学模拟的影响，发现单位面积恒定加热率模型下不稳定性在强辐照下仍可维持，且碎裂所需临界冷却时标随辐照增加而减小。
2025-03-28 astro-ph.EP
Seeing the unseen: a method to detect unresolved rings in protoplanetary disks
本文提出利用倾斜原行星盘短轴处的方位角亮度峰来探测ALMA无法分辨的光学厚尘埃环，并通过解析模型定量重现流不稳定性模拟结果，为识别行星形成区域提供新方法。
2024-06-14 astro-ph.EP
Dynamics of small, constant size particles in a protoplanetary disk with an embedded protoplanet
本文在FARGO3D代码中放宽了恒定Stokes数假设，改用半解析曳力方程实现恒定颗粒尺寸，发现该处理对盘形态及跨越间隙的颗粒通量有显著影响，提升了模拟准确性。
2025-01-28 astro-ph.EP
Photoevaporation from Inner Protoplanetary Disks Confronted with Observations
本研究通过能量守恒、X射线穿透冷却、热化学耦合及禁线电离约束，结合半解析积分，论证内盘观测风不能由光致蒸发解释。
2025-02-06 astro-ph.EP
The tensile strength of dust aggregates consisting of small elastic grains: Constraints on the size of condensates in protoplanetary disks
关于星子形成的共识现在面临着威胁，因为最近对尘埃聚集体力学性质的数值研究倾向于质疑亚微米大小的颗粒在原行星盘中聚集成星子的概念图。随着精确的实验室实验和广泛的计算机模拟的弹性球体之间的相互作用，包括灰尘聚集体，我们重新审视的模型由小的弹性颗粒组成的灰尘聚集体的拉伸强度。在接触力学和断裂力学的框架下，我们研究了粉尘聚集体拉伸强度的计算机模拟和实验室实验的结果。我们提供了一个新的分析公式，明确纳入了抗拉强度的体积效应，即，抗拉强度的粉尘聚集体的体积的依赖性。我们发现，我们的尘埃聚集体的拉伸强度模型很好地再现了计算机模拟和实验室实验的结果，如果采用适当的值的弹性参数在模型中使用。此外，亚微米级颗粒尘埃聚集体的模型与天文观测得出的彗星尘埃和流星体的拉伸强度是一致的。因此，我们重申了普遍认为的观点，即星子的形成始于原行星盘中凝聚的亚微米级颗粒的聚集。
2020-07-08 astro-ph.EP
On the importance of wave planet interactions for the migration of two super-Earths embedded in a protoplanetary disk
研究了在原行星盘中迁移的两颗小质量行星之间的排斥机制，使得相对迁移从会聚转变为发散。这个机制调用了一颗行星发射的密度波，将角动量传递到另一颗行星的共轨区域，然后通过马蹄形阻力直接传递到另一颗行星。我们制定简单的分析估计，这表明当排斥机制是有效的。行星被排斥的一个条件是它在盘中形成一个部分的间隙，另一个是这应该包含足够的材料，以支持与它的角动量交换.使用二维流体动力学模拟，我们得到了两个超级地球嵌入在一个原行星盘，因为它们之间的排斥发散迁移，并验证这些条件.为了研究共振相互作用的重要性，我们研究了一阶近似下行星对的迁移。似乎接近共振是重要的，但不是必要的。在这种情况下，我们发现排斥仍然发生时，行星之间的引力相互作用被删除，这表明角动量转移的重要性，通过波激发另一个行星。这可能通过共轨物质（马蹄形阻力）或附近轨道物质的散射而发生。我们的研究结果表明，如果条件有利于上述两颗行星之间的排斥，我们希望观察到行星对的周期比大于，往往只是略大于共振值或可能罕见的可互换性。
2021-08-02 astro-ph.EP
Induced Turbulence and the Density Structure of the Dust Layer in a Protoplanetary Disk
本文从尘埃吸积的能量学出发，研究了原行星盘尘埃层中的湍流。我们估计湍流强度提供的能量由尘埃吸积，使用径向漂移速度的尘埃粒子在层流盘。我们的湍流强度的估计同意与以前的分析和数值研究引起的开尔文-亥姆霍兹和/或流不稳定性的粒子的停止时间小于开普勒时间的湍流。对于这样的小颗粒，当气盘的尘气比为~C_eff^（1/2）（h_g / r）~ 10^（-2）时，预计会出现最强的湍流，其中C_eff ~ 0.2表示对湍流的能量供应效率，h_g / r ~ 5 × 10^（-2）是气盘的长宽比。最大粘性参数为α_max ~ C_effT_s（h_g / r）^2 ~ 10^（-4）T_s，其中T_s（<1）为尘埃粒子的无量纲停留时间。通过任何方法使尘气比偏离标准值10^（-2），都会导致湍流减弱和粉尘层变薄，从而可能加速粉尘颗粒的生长过程。
2011-09-22 astro-ph.EP
Analytic Expressions for the Inner-Rim Structure of Passively Heated Protoplanetary Disks
本文根据流体动力学模拟的结果，解析地导出了原行星盘内区结构的表达式。盘的内部可分为四个区域：气体温度在光学薄极限的无尘区、光学薄尘晕、光学厚凝聚锋和经典光学厚区。我们推导出尘埃晕中的尘埃-气体质量比轮廓使用的事实，部分尘埃冷凝调节温度的尘埃蒸发温度。在尘埃晕之外，有一个光学厚度的凝结锋，所有可用的硅酸盐气体都在那里凝结出来。冷凝表面的曲率由地面温度必须接近等于特征温度$\sim 1200{\,\rm K}$的条件决定。我们推导出中面温度在外部两个区域使用两层近似与附加加热的冷凝前的最外层区域。因此，整体温度分布是阶梯状的，在外部三个区域之间的边界处具有陡峭的梯度。边界可能充当行星陷阱，行星由于与气体盘的引力相互作用而停止向内迁移。两个最外层区域之间的边界温度与激活磁旋转不稳定性所需的温度相一致，这表明死区的内边缘必须位于该边界处。从我们的解决方案预测的死区内边缘的半径是$\sim$ 2-3倍，从经典的光学厚温度的预期。
2017-05-19 astro-ph.EP astro-ph.SR
Multiple Spiral Arms in Protoplanetary Disks: Linear Theory
最近对原行星盘的观测，以及对行星盘相互作用的模拟，都表明一颗行星可能会激发盘中的多个旋臂，这与之前基于线性理论（预测单臂密度波）的预期相反。我们重新评估的起源多臂的线性理论的框架内，通过解决全球二维响应的非正压磁盘轨道行星。我们表明，形成的第二个手臂的内盘，在大约一半的轨道半径的行星，是一个强大的预测线性理论。这个旋臂在行星轨道半径的十分之几处变得比主旋臂更强。几个额外的，较弱的螺旋臂也可能形成在内盘。相反，次级旋臂不太可能在外盘中形成。我们的线性计算，充分占的相位和振幅的扰动的全局行为，一般支持最近提出的WKB相位参数的二次臂的起源（所造成的复杂性的建设性干扰的方位角谐波的扰动在不同的半径）。我们提供的分析参数表明，一个单一的螺旋唤醒分裂成多个武器的过程是一个通用的线性结果，在差分旋转磁盘的波传播。它不是唯一的行星驱动波，也发生在螺旋尾流的线性计算自由传播，没有外部扭矩。这些结果对于理解原行星盘中多环和多隙的形成具有重要意义。
2019-03-18 astro-ph.EP
Uncertainties of the dust grain size in protoplanetary disks retrieved from millimeter continuum observations
该研究通过运行参考辐射转移模型生成多波长合成图像，用解析解拟合探究原行星盘尘埃颗粒尺寸反演的不确定性，发现多波长观测可降低参数简并，且盘倾角对反演效果影响显著。
2024-10-05 astro-ph.EP
Dust concentration and emission in protoplanetary disks vortices
我们研究了原行星盘涡旋中尘埃的浓度和排放。我们扩展了Lyra-Lin解决方案的粉尘浓度的一个单一的颗粒尺寸的幂律分布的颗粒尺寸$n(a) \propto a^{-p}$。假设尘埃守恒的磁盘，我们发现一个分析的尘埃表面密度作为一个函数的晶粒半径。我们计算了尘埃与气体的质量比$ε$的增加和尘埃粒度分布的斜率$p$，由于颗粒分离的漩涡。我们应用这个模型的数值模拟的磁盘包含一个持续的旋涡。由于大颗粒向涡中心聚集，$ε$从背景盘值增加10倍，而$p$从3.5减小到3.0。我们发现在毫米波段的磁盘发射对应的ALMA和VLA的综合观测。在7毫米和1厘米的模拟地图显示出强烈的方位不对称性。这是因为，在这些波长下，盘变得光学薄，而涡旋保持光学厚。大的涡旋不透明度主要是由于尘埃与气体质量比的增加。此外，尘埃粒度分布的斜率的变化使不透明度增加了2倍。我们还表明，包括尘埃散射不透明度大大改变磁盘的图像。
2017-11-03 astro-ph.EP
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
