Inferring the physics of protoplanetary disc evolution from the irradiated Cygnus OB2 region -- A comparison of viscous and MHD wind-driven scenarios
本研究通过一维垂直积分模型比较原行星盘的粘滞与MHD风驱动演化,提出利用恒星吸积率与外部风质量损失率的关系来打破两种场景简并性,发现不同辐照环境需不同角动量传输参数。
2025-11-03 astro-ph.EP astro-ph.SR
Molecular line emission from a protoplanetary disk irradiated externally by a nearby massive star
恒星的形成通常发生在星团内部或附近。附近大质量恒星的辐射可以使年轻恒星周围的原行星盘光蒸发,这就提出了关于在这些环境中形成行星形成能力的问题。我们研究了低质量T Tauri星周围的原行星盘的二维物理和化学结构,该星被附近的大质量O-型星照射,以确定原行星盘中分子的存活性和可观测性。与孤立的星盘系统相比,气体温度的范围从几个因素(在磁盘中平面)到大约两个数量级(在磁盘表面)更高的照射磁盘。虽然在外盘的紫外线通量,特别是,是几个数量级更高,磁盘的表面密度是足够的磁盘中平面的有效屏蔽,使磁盘仍然主要是分子的性质。我们还发现,非挥发性分子,如HCN和H2O,能够冻结到磁盘中平面的尘埃颗粒上,从而形成冰冷的星子,例如,彗星,也可能在probands。我们已经计算了分子线发射从磁盘假设LTE和确定,原子碳,CO(和同位素,13 CO和C18 O),HCO+,CN和HCN的多个跃迁可以观察到ALMA,允许表征的气体柱密度,温度,和光学深度的probrids在猎户座的距离(~400 pc)。
2013-03-20 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.SR
Chemistry in externally FUV irradiated disks in the outskirts of the Orion Nebula
本文利用ALMA观测猎户座星云外围两个受远紫外辐照的原行星盘,发现其化学组成与孤立盘无显著差异,表明外部辐射影响有限,差异主要源于恒星质量。
2024-05-01 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.SR
FRIED v2. A new grid of mass loss rates for externally irradiated protoplanetary discs
本研究提出新的FRIED v2原行星盘质量损失率网格,探究外部光致蒸发微观物理影响因素,扩展参数空间并纳入PAH丰度、颗粒生长等选项,发现相关因素会显著影响盘的演化与寿命。
2023-10-04 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.SR
No self-shadowing instability in 2D radiation-hydrodynamical models of irradiated protoplanetary disks
包含恒星辐射的原行星盘的理论模型经常显示出尺度高度扰动的自发放大,这是由放大区域对星光的增强吸收产生的。反过来,这些区域在相邻区域上投射阴影,从而冷却和收缩,最终导致过热和阴影区域的交替图案。以前的研究已经提出这是一个真正的自我维持过程,即所谓的自遮蔽或热波不稳定性,它可以自然地形成经常观察到的盘结构,如环和间隙,甚至可能促进星子的形成。然而,所有这些都以某种方式假设了垂直流体静力平衡和整个圆盘的瞬时辐射扩散。在这项工作中,我们提出了第一个研究的稳定性的吸积盘放松这些假设,而不是依赖于辐射流体动力学模拟的自阴影。我们首先通过迭代过程构建流体静力盘配置,并表明形成的图案的扩大和阴影区域是假设瞬时辐射扩散的直接后果。然后,我们让这些解决方案随时间演变,这将导致在接近磁盘表面的层中的初始阴影功能的快速阻尼。这些热弛豫层朝着中平面生长,直到在整个盘中擦除径向方向上的所有温度极值。我们的研究结果表明,在磁盘表面的辐射冷却和气体平流防止形成自遮蔽不稳定性,通过阻尼温度扰动之前,这些到达较低的,光学厚的区域。
2022-07-11 astro-ph.EP astro-ph.SR
XUE. Thermochemical Modeling Suggests a Compact and Gas-Depleted Structure for a Distant, Irradiated Protoplanetary Disk
本研究使用 ProDiMo 代码对 JWST/MIRI 观测数据进行热化学建模,揭示了遥远大质量恒星形成区中受外部强烈紫外辐照的原行星盘 XUE 1 具有截断且气体匮乏的致密结构,发现其内部仍能抵抗辐照并保留行星形成所需元素。
2025-04-01 astro-ph.EP astro-ph.SR
Shielding by Water and OH in FUV and X-ray Irradiated Protoplanetary Disks
我们提出了一个综合的热化学模型的原行星盘,包括远紫外线(FUV)和X射线辐射的照射的内部区域的大气。我们专注于水和OH的光解如何影响这些和相关物种的丰度,以及它如何有助于加热大气。大气中的尘埃起着几个重要的作用,主要是作为H $_2$形成的场所和吸收FUV。在典型的金牛T型星周围的星盘内部4天文单位内可以合成大量的水。OH主要存在于温暖区域的顶部,此处气体温度为$T_g \approx 650 - 1000$ K,水在其下方,此处温度较低,为$T_g \approx 250 - 650$ K。水和OH的量和它们形成的区域的温度与斯皮策最近的测量结果一致,并支持在原行星盘的内部区域原位产生水的概念。我们发现,合成的水是有效的屏蔽磁盘中平面恒星FUV辐射。
2014-03-31 astro-ph.EP
The past, present and future of observations of externally irradiated disks
本文回顾了OB星紫外辐射对原行星盘演化和行星形成影响的研究进展,盘点了当前与未来的观测计划,并探讨了如何利用现有及未来仪器厘清外部光致蒸发对系外行星种群分布的塑造作用。
2025-05-01 astro-ph.EP astro-ph.SR
Nonlinear outcome of gravitational instability in an irradiated protoplanetary disc
利用局域三维辐射流体力学模拟方法,在面密度$Σ$和半径$r$的参数空间中研究了受辐照原行星盘引力不稳定性的非线性结果.从层流开始,轴对称自引力密度波首先增长。当半径较大时,$Σ$较大或冷却时间较短时,自引力程度较大。密度波最终崩溃,由于非轴对称不稳定性,这将导致碎片或重力湍流后的瞬态阶段。两者之间的边界位于$r \sim 75$ AU以及对应于$\sim 0.2$的初始Toomre参数的$Σ$处。前一边界对应于冷却时间变短的半径,近似为1。即使在边界半径周围形成重力湍流,如此短的冷却时间也不可避免地使$Σ$的波动大到足以触发碎裂。另一方面,当$Σ$超出后一边界(即初始Toomre参数小于$\sim 0.2$)时,初始层流对自重是如此不稳定,以至于它演变成碎片,而不管半径或等效的冷却时间。当结合物体中心的质量浓度足够高,温度超过H $_2$的离解温度时,碎裂之后会发生失控塌陷。
2019-01-13 astro-ph.EP
FUV and X-ray irradiated protoplanetary disks: a grid of models I. The disk structure
上下文行星被认为最终形成于年轻恒星周围的大部分气体(约99%的质量)盘。原行星盘的密度结构和化学成分受入射光、FUV和X射线波长的辐射场以及尘埃性质的影响。目标。研究了FUV和X射线对盘结构和气体化学成分的影响。这项工作构成了第二篇论文的基础,该论文讨论了对诊断线的影响,例如,C+,O,H2O和Ne+用斯皮策和赫歇尔等设备观测到。方法.计算了240个模型的网格,其中X射线和FUV光度、最小粒度、尘埃粒度分布和表面密度分布以系统的方式变化。使用ProDiMo计算流体静力学结构和热化学结构。结果中性氧的丰度结构对X射线和FUV光度的变化是稳定的,因此发射谱线将是盘质量和温度的有用示踪剂。C+丰度分布对X射线和FUV都很敏感。径向柱密度分布显示两个峰,一个在内缘,第二个在半径r=5-10 AU。Ne+和其他重元素对X射线有很强的响应,从最低的(LX = 1 e29 erg/s)到最高的(LX = 1 e32 erg/s),内盘中的柱密度增加了两个数量级。在低X射线光度(LX = 1 e29 erg/s)下,FUV将Ne+电离区限制在更靠近恒星的区域。由于内盘温度较高,外盘电离率较高,X射线增强了H2O丰度。线通量和配置文件的影响,对这些物种的影响,从而提供诊断价值的研究FUV和X射线照射盘金牛座T星周围。(节略)
2012-08-24 astro-ph.EP astro-ph.SR
Substructure in externally irradiated protoplanetary disks, I. spirals and rings in two-dimensional radiation hydrodynamics
Ludwig-Maximilians-Universität München(路德维希-马克西米利安慕尼黑大学);Astronomy Unit, School of Physics and Astronomy, Queen Mary University of London(伦敦大学玛丽女王学院物理与天文学系天文学单元);Max Planck Institute for Astronomy(马克斯·普朗克天文学研究所)
研究外部照射对原行星盘结构的动力学影响,通过二维多流体辐射水动力学模拟发现,外部照射可导致阴影区、气体螺旋臂及尘埃环和间隙,揭示温度不对称性驱动的亚结构形成机制。
2026-04-09 astro-ph.EP
FUV and X-ray irradiated protoplanetary disks: a grid of models II - Gas diagnostic line emission
原行星盘中的大部分物质都是以气体的形式存在。气体及其诊断的研究是至关重要的,以实现磁盘的热和化学结构的详细描述。来自中心恒星的辐射(从光学到X射线波长)和粘性吸积是主要的能量来源,并在其早期阶段主导着盘的物理和化学。这就是行星形成的第一阶段将要进行的环境。我们研究恒星和磁盘参数如何影响精细结构冷却线[NeII],[ArII],[OI],[CII]和H2O旋转线在磁盘中。这些线是潜在的强大的磁盘结构的诊断和他们的建模允许进行彻底的解释与仪器设施,如斯皮策和赫歇尔的意见。根据Aresu等人(2011年)的研究,我们计算了一个由240个圆盘模型组成的网格,其中X射线光度、紫外线过量光度、最小尘埃粒度、尘埃粒度分布幂律和表面密度分布幂律系统地变化。我们解决自洽的磁盘垂直流体静力学结构在每个模型和应用详细的线辐射转移计算线通量和配置文件的一系列著名的中红外和远红外冷却线。当LX <1 e 30 erg/s时,[OI] 63 μ m线通量随FUV亮度的增加而增加;当LX > 1 e 30 erg/s时,[OI] 63 μ m线通量随X射线亮度的增加而增加。[CII]157微米主要由FUV光度通过C+产生驱动,X射线对线通量的影响较小。[NeII] 12.8微米与X射线相关;从盘大气发射的线轮廓显示出一个双峰分量,由静态盘大气中的发射引起,紧挨着高速双峰分量,由非常内部边缘的发射引起。(节略)
2012-09-04 astro-ph.EP astro-ph.SR
Vertical shear instability in two-moment radiation-hydrodynamical simulations of irradiated protoplanetary disks II. Secondary instabilities and stability regions
本文研究了受辐射原行星盘轴对称辐射流体模拟中寄生在垂直剪切不稳定性(VSI)上的次级不稳定性,发现斜压扭矩与VSI模式相互作用触发开尔文-亥姆霍兹不稳定性等机制导致VSI饱和,并构建稳定图表明盘表面层可存在VSI不稳定。
2023-12-11 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.comp-ph
Prevalent externally-driven protoplanetary disc dispersal as a function of the galactic environment
由于恒星反馈机制的影响,恒星诞生环境可以显著缩短原行星盘(PPD)的寿命。这些机制抑制行星形成的时间和质量的程度取决于当地的远紫外(FUV)场强度,恒星密度和ISM属性。在这项工作中,我们提出了第一个理论框架量化的PPD分散时间尺度的分布作为描述银河系环境的参数的函数。我们计算的概率密度函数的FUV通量和恒星密度在太阳附近。与以往的研究一致,我们发现外部光蒸发是嵌入阶段后影响局部恒星星族的主要环境相关因素。应用我们的一般处方的银河系的中央分子区(即中央~250 pc),我们预测,90%的PPD在该地区的父母分子云的分散在1万年内被摧毁。即使在这样密集的环境中,我们发现,外部光蒸发是占主导地位的光盘耗尽机制,恒星之间的动态遭遇。由于引力势较浅,低质量恒星周围的PPD对FUV引起的质量损失特别敏感。对于质量约为1 $M_\odot$的恒星,太阳附近的气体表面密度最高,PPD扩散仍然相对不受外部FUV光子的影响,PPD扩散的中位时标约为400万年。我们强调要解决的关键问题,以进一步contextualise本地银河系环境的行星形成的意义。
2019-09-30 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.SR
Monte Carlo Simulation of Sugar Synthesis on Icy Dust Particles Intermittently Irradiated by UV in a Protoplanetary Disk
上下文虽然在分子云或原行星盘中合成有机分子是复杂的,但对星际颗粒的观测、对碳质陨石的分析和紫外光化学实验正在迅速发展,并为空间中复杂的有机分子合成提供了限制和线索。这促使我们构建一个理论综合模型。目的。我们开发了一个新的程序来模拟有机分子的全局反应序列,并将其应用于原行星盘中冰粒子表面的间歇紫外辐射合成糖。在这里,我们展示了我们新模拟的第一个结果。方法.我们应用蒙特卡罗方法选择反应序列从所有可能的反应,使用图论矩阵模型的化学反应和模拟反应的冰粒子在紫外线照射。结果我们在这里得到的结果与碳质碳酸盐中的有机分子一致,并通过实验获得,然而,通过一个不同的途径,从传统的甲醛反应先前建议。在紫外线照射过程中,疏松键合的富氧大分子不断产生和破坏。在紫外线照射关闭后,核糖丰度迅速增加,通过大分子的分解,O-O键断裂,C-OH被C-H取代,达到糖的O/C = 1。糖的丰度主要由起始材料的总原子比H/O调节,而不是由它们的特定分子形式调节。脱氧核糖是同时合成的,大多数分子最终都是复杂的富含C的分子。
2022-03-13 astro-ph.EP
A global two-layer radiative transfer model for axisymmetric, shadowed protoplanetary disks
了解原行星盘的热结构对于模拟行星形成和解释盘观测至关重要。本文提出了一种新的计算轴对称辐照圆盘热结构的双层辐射转移模型。不同于标准的两层模型,我们的模型占的径向以及垂直转移的星光在磁盘表面再处理。因此,该模型允许我们计算没有直接星光的“阴影”表面以下的温度。由于轴对称的假设,再处理的星光通量的一维积分形式,可以在一个低成本的计算。此外,我们的模型使用随时间变化的能量方程来演化中平面温度,因此可以处理热不稳定性。我们将我们的全球两层模型与行星诱导间隙磁盘,并确认该模型再现磁盘的温度分布从更昂贵的计算蒙特卡罗辐射转移计算的准确性小于20%。我们还应用该模型研究了辐照圆盘中热波不稳定性的长期行为。全球两层模式简单、计算效率高,适合于研究盘状盘的热演化和尘埃演化之间的相互作用。
2022-05-10 astro-ph.EP astro-ph.SR
Herschel survey and modelling of externally-illuminated photoevaporating protoplanetary disks
原行星盘通过光蒸发经历大量的质量损失,这是一种对它们的动力学演化至关重要的机制。然而,迄今为止,调节气体能量的过程还没有很好地受到观测的约束。我们的目标是研究在远紫外光子驱动下圆盘光蒸发的过程。我们提出了一个独特的赫歇尔调查和新的ALMA观察四个外部照明的光蒸发盘(又名。profections)。为了分析这些数据,我们开发了一个一维模型的光解离区(PDR)的probridd,基于Meudon PDR代码和计算的远红外线发射。我们成功地再现了大部分的观测结果,并得出了关键的物理参数,即在磁盘表面的密度约为$10^{6}$ cm $^{-3}$和当地的气体温度约为1000 K。我们的模型表明,所有研究的磁盘被发现在一个过渡制度,我们确定的几个加热和冷却过程之间的相互作用。这些不同于经典PDR中占主导地位的那些,即晶粒光电效应和[OI]和[CII] FIR线的冷却。这种充满活力的制度是相关联的光蒸发流的平衡动力学点:质量损失率是自我调节,以设置在一个值,保持在磁盘表面的温度在1000 K左右的信封列密度。从我们的最佳拟合模型,我们估计质量损失率的顺序$10^{-7}$ $\mathrm{M}_\odot$ /年-与早期的光谱观察电离气体示踪剂。只有当我们假设从圆盘表面以声速(超临界状态)发射的蒸发流时,这才成立。我们已经确定了能量制度调节FUV-光蒸发在propherds。这种机制可以应…
2017-02-01 astro-ph.EP
A parametric model for externally irradiated protoplanetary disks with photoevaporative winds
Queen Mary University of London(伦敦大学玛丽女王学院)
该研究提出PUFFIN模型,通过参数化方法高效生成受外部紫外辐射的原行星盘密度结构,揭示外部FUV照射对CO气体相丰度的增强作用及其对行星形成挥发性预算的影响。
2026-02-02 astro-ph.EP astro-ph.IM
Vertical shear instability in two-moment radiation-hydrodynamical simulations of irradiated protoplanetary disks I. Angular momentum transport and turbulent heating
本研究通过高分辨率双矩辐射流体动力学模拟,发现小颗粒耗尽时垂直剪切不稳定性(VSI)在盘表面运作而中面受抑,其角动量混合主要为轴对称,且湍流加热导致的温度升高极其微小。
2023-12-11 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.comp-ph
Thermal Structure Determines Kinematics: Vertical Shear Instability in Stellar Irradiated Protoplanetary Disks
本研究通过Athena++辐射模块模拟恒星照射下的原行星盘VSI,发现热结构与冷却时标显著影响盘运动学与湍流分布,低计算量的轨道冷却模拟可复现辐射流体结果,相关预测可通过ALMA观测检验。
2024-04-10 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.SR
XUE. JWST spectroscopy of externally irradiated disks around young intermediate-mass stars
该研究利用JWST对受外部辐射的年轻中等质量恒星周围12个盘进行光谱观测,发现其分子丰富度与孤立系统相当,且内盘存在水,表明极端环境下仍具备岩石行星形成条件。
2025-07-28 astro-ph.EP astro-ph.SR
Radiatively heated, protoplanetary discs with dead zones. I. Dust settling and thermal structure of discs around M stars
中心恒星对原行星盘的照射是盘的主要加热机制,导致其呈喇叭状几何结构。在一系列论文中,我们研究了2D自洽盘结构和行星迁移之间的深层联系,特别是在M星周围。在这第一篇论文中,我们分析了光盘的热结构,由一个M星通过求解辐射转移方程的Monte Carlo代码。我们对辐射流体静力盘的模拟是现实的和自洽的,因为它们包括具有多种粒度(N=15)的尘埃沉降,盘上嵌入行星的引力,以及死亡区的存在我们表明,尘埃沉降驱动的温度中平面从$r^{-3/5}$分布(良好混合的灰尘模型)朝向$r^{-3/4}$。同时,死区在其外边缘处留下灰尘壁,因为与较大圆盘半径处的主动湍流圆盘相比,在该区域中的灰尘沉降增强。由该辐射壁产生的盘加热在壁前面的死区中提供正的温度梯度区域。这对于减缓行星迁移至关重要,因为林德布拉德扭矩与盘温度成反比。此外,我们表明,低湍流的死区是自洽引起的灰尘沉降,导致开尔文-亥姆霍兹不稳定性(KHI)。我们表明,在死区中由KHI引起的湍流强度为$α=10^{-5}$。
2009-09-09 astro-ph.EP
XUE. ProDiMo models of internally and externally irradiated planet-forming disks around 0.3-4.0 solar mass stars (The IRIS project I)
Stockholm University(斯德哥尔摩大学);Pennsylvania State University(宾夕法尼亚州立大学);Space Research Institute, Austrian Academy of Sciences(奥地利科学院空间研究所);Center for Exoplanets and Habitable Worlds, Penn State University(宾夕法尼亚州立大学系外行星与宜居世界中心);Ludwig-Maximilians-Universität München(慕尼黑路德维希-马克西米利安大学);Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik(马普地外物理研究所);Max-Planck-Institut für Astronomie(马普天体物理研究所);Radboud University(拉德堡德大学)
本研究用ProDiMo模型构建IRIS网格,系统模拟0.3-4.0太阳质量恒星内部及外部FUV辐照对行星形成盘中红外发射和C/O比的影响,为JWST和ELT观测提供解释框架。
2026-09-09 astro-ph.EP astro-ph.SR
XUE. Molecular inventory in the inner region of an extremely irradiated Protoplanetary Disk
本研究基于JWST的XUE项目,首次揭示了大质量恒星形成区NGC 6357中高度辐照原行星盘XUE 1内部几au处含有丰富水、CO、CO2等分子及硅酸盐尘埃,发现其物理化学条件与孤立小质量恒星形成区内部盘惊人相似,拓宽了岩石行星形成的极端环境范围。
2023-10-18 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.SR
Dead Zones as Thermal Barriers to Rapid Planetary Migration in Protoplanetary Disks
在气体原行星盘的标准模型中,行星迁移的速度非常快($\sim 10^5$年),这会危及行星系的存在。我们提出了一个新的机制,显着减缓快速行星迁移,发现通过辐射转移计算的热结构的原行星盘照射其中心恒星。尘埃快速沉降在盘的死区--一个湍流非常小的区域--在它的外缘留下了一堵尘埃墙。我们发现,这个辐射壁的死区的回热产生了一个积极的磁盘温度梯度,作为一个热屏障行星迁移,持续磁盘的寿命。虽然我们详细分析了M星周围低质量盘中超级地球的迁移,但我们的研究结果可以应用于各种年轻的行星系。我们比较我们的研究结果与其他潜在的重要停止机制,并表明,有大的参数空间,死区很可能发挥最重要的作用,再现所观察到的质量周期关系在较长的行星周期。
2010-01-27 astro-ph.EP
A tell-tale tracer for externally irradiated protoplanetary disks: comparing the [CI] 8727 A line and ALMA observations in proplyds
为区分原行星盘的外部驱动风与内部风,本研究提出[C i] 8727 Å线作为外部风的明确示踪物,通过多波段观测比较证实其在外部辐照盘(如ONC原行星云)中存在且在低紫外场孤立盘探测率极低,为识别外部光蒸发风提供了关键代理指标。
2024-11-11 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.SR
Externally irradiated young stars in NGC 3603. A JWST NIRSpec catalogue of pre-main-sequence stars in a massive star formation region
利用 JWST NIRSpec 对 NGC 3603 中 100 颗主序前恒星进行光谱观测,确定其性质、年龄和吸积率,发现吸积率与分子气体密度相关,且高于低质量恒星形成区样本。
2025-05-07 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.SR
PDRs4All. X. ALMA and JWST detection of neutral carbon in the externally irradiated disk d203-506: Undepleted gas-phase carbon
本文利用ALMA和JWST首次在猎户座星云团外部辐照盘d203-506中探测到中性碳谱线,揭示其红外发射由FUV泵浦荧光主导而非C+复合,并推导出碳未显著耗竭,表明该盘年轻且外部FUV辐射通过移动水冻结深度影响外盘化学与颗粒演化。
2024-08-12 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.SR
Vortices and the saturation of the vertical shear instability in protoplanetary disks
如果受到中心恒星的充分照射,原行星盘会进入平衡态,表现出垂直切变。这种状态可能会受到流体动力学不稳定性的影响,即“垂直剪切不稳定性",其分解为湍流会输送适量的角动量,同时也可能通过产生小尺度涡旋促进行星形成。在本文中,我们表明,VSI模式(a)表现出任意的空间分布和(b)保持不可压缩的局部方程的非线性解,无论其振幅。这些模式本身受到寄生开尔文-亥姆霍兹不稳定性的影响,尽管圆盘的旋转显著地阻碍了寄生不稳定性,并允许VSI获得大的振幅(流体速度<声速的10%)。这种“延迟”的饱和可能解释了突出的VSI线性模式在全球模拟。更一般地说,寄生虫可以设置强辐照磁盘的VSI湍流的幅度。通过不可避免地形成涡流,它们在打破流动的轴对称性方面也很重要。然而,旋涡不与轨道平面对齐,因此表现出明显的$z$依赖性。我们还简要地表明,垂直剪切的磁旋转不稳定性的影响不大,而磁场很容易淬灭的VSI,一个潜在的问题,在磁盘的电离表面区域,也在较大的半径。
2017-11-20 astro-ph.EP
Short-Lived Gravitational Instability in Isolated Irradiated Discs
本研究通过结合实时蒙特卡洛辐射传输的三维流体动力学模拟,发现受恒星辐射主导的原行星盘无法通过温度自调节引力不稳定性,低质量盘的不稳定性会因角动量输运在万年内消退,高质量盘则更易发生碎裂。
2024-09-16 astro-ph.EP
Radiation hydrodynamics simulations of protoplanetary disks: Stellar mass dependence of the disk photoevaporation rate
最近的多波长观测表明,原行星盘(PPD)的内部对于较重的宿主恒星具有较短的寿命。由于高质量恒星周围的PPD受到强烈的紫外线辐射,光蒸发可能为观察到的趋势提供解释。我们进行了辐射流体动力学模拟的光蒸发的PPD的主恒星质量的$M_* =0.5$ - $7.0 M_{\odot}$的范围很广。我们导出了具有强烈恒星依赖性的盘质量损失率$\dot{M}$,它是$\dot{M} \approx 7.30\times10^{-9}(M_{*}/M_{\odot})^{2}M_{\odot}\rm{yr}^{-1}$。$\dot{M}$的绝对值与采用的远紫外和X射线光度成比例。我们推导出表面质量损失率,并提供多项式函数拟合。我们还开发了一个半解析模型,很好地再现了导出的质量损失率。估计的内盘寿命随着宿主恒星质量的增加而减少,与观测趋势一致。因此,我们认为,光蒸发是一个主要的物理机制PPD分散的恒星质量的范围很广,可以解释所观察到的恒星质量依赖的内盘寿命。
2021-03-02 astro-ph.EP astro-ph.SR
XUE 10. The CO2-rich terrestrial planet-forming region of an externally irradiated Herbig disk
研究利用 JWST/MIRI MRS 分析受强外部 FUV 辐照的 Herbig 星盘 XUE 10,首次同时探测四种 CO2 同位素体,揭示内盘富 CO2、缺水及同位素异常的成因。
2025-07-24 astro-ph.EP
C/O and Snowline Locations in Protoplanetary Disks: The Effect of Radial Drift and Viscous Gas Accretion
碳氧比是气态巨行星大气和原行星盘化学的一个决定性特征。在圆盘中,C/O比由主要挥发物在离中心恒星不同距离处的雪线的存在来调节。我们探讨的径向漂移的固体和粘性气体吸积到中央恒星上的雪线位置的主要C和O载体在一个原行星盘,H2O,CO2和CO,和它们的后果的C/O比在整个磁盘的气体和尘埃。我们确定雪线位置的范围内固定的初始颗粒大小和磁盘类型。对于我们的基准盘模型,我们发现尺寸为~0.5 cm < s < 7 m的辐照盘和~0.001 cm < s < 7 m的演化和粘性盘的颗粒在盘中的尺寸依赖性位置解吸,这与颗粒的初始位置无关。雪线半径随着颗粒的增大而减小,最大颗粒尺寸为~7 m。相比静态磁盘,我们发现,径向漂移和气体吸积在粘性磁盘移动H2O雪线向内高达40%,CO2雪线高达60%,和CO雪线高达50%。因此,我们确定的雪线位置的内部限制时,径向漂移和气体吸积占。
2015-11-17 astro-ph.EP astro-ph.SR
On the Vertical Shear Instability in Magnetized Protoplanetary Disks
垂直剪切不稳定性是辐照后原行星盘中的一种强烈现象。虽然有大量的文献在流体动力学极限的VSI,PPD预计被磁化,其极低的电离分数意味着,非理想的磁流体动力学(MHD)的影响,应适当考虑。为此,我们提出了线性分析的VSI磁化磁盘欧姆电阻率。我们主要考虑环形磁场,这是可能占主导地位的领域的几何形状在PPD。我们进行垂直全球和径向局部分析,以捕捉扩展的垂直结构的特征VSI模式。为了研究磁性的影响,我们使用了局部等温状态方程。我们发现,磁性提供了一个稳定的效果,以抑制VSI,表面模式,而不是身体模式,是第一个消失的磁化强度增加。减弱的VSI模式可以恢复欧姆电阻率,其中足够的磁扩散克服磁稳定,并恢复流体动力学结果。我们还简要地考虑极向场占磁旋转不稳定性(MRI),这可能会发展对表面层的PPD的外部。与VSI相反,MRI在小径向波数下有效地生长。当考虑电阻率时,我们发现VSI在等离子体β参数$β_Z \sim 10^4$下对欧姆Elsässer数$\lesssim 0.09$占主导地位。
2021-05-24 astro-ph.EP astro-ph.SR
Migration and Growth of Protoplanetary Embryos I: Convergence of Embryos in Protoplanetary Disks
根据核心吸积理论,行星在原恒星盘中通过尘埃的凝结、微行星的凝聚和原行星胚胎的出现而形成。在最小质量星云中的几个天文单位处,由于在其供养区中的星子耗尽,胚胎的生长被动力学隔离所淬灭。然而,胚胎与质量($M_p$)在几个地球质量($M_\oplus$)的范围内迁移到一个过渡半径之间的内部粘性加热和外部辐射区域的出生盘。它们的极限隔离质量随着微行星表面密度的增加而增加。当$M_p > 10 M_\oplus$,胚胎有效地吸积气体,并演变成气体巨星的核心。我们用数值模拟表明,尽管流线干扰,收敛胚胎基本上保留了非相互作用胚胎的林德布拉德和共转扭矩的出生盘的强度。在具有适度表面密度(或等效吸积率)的圆盘中,胚胎在相互的平均运动共振中捕获彼此,并形成超级地球的护卫队。在质量更大的盘中,它们可以克服这些共振障碍,经历反复的近距离接触,包括凝聚碰撞,从而形成大质量的核心。
2014-11-04 astro-ph.EP
Wavelike nature of the vertical shear instability in global protoplanetary disks
垂直剪切不稳定性是辐照后原行星盘中的一种强烈现象。以往的数值模拟大多集中在其饱和状态的湍流特性。然而,饱和的VSI表现为大规模的相干径向传播的惯性波。在本文中,我们研究了惯性波盘相互作用及其对VSI饱和度的影响。惯性波线性理论的开发和应用到一个有代表性的全球2D模拟使用雅典娜++代码。据发现,VSI饱和通过将盘分离成几个径向波区大致划定的共转共振(转折点),这种结构也体现在适度的径向变化的垂直湍流强度。未来的数值工作应采用大的径向域,以适应这种径向结构的VSI,同时采用足够精细的分辨率,以解决参数不稳定性的攻击饱和VSI惯性波。
2022-06-13 astro-ph.EP
Starlight-driven flared-staircase geometry in radiation hydrodynamic models of protoplanetary disks
Max-Planck-Institut für Astronomie(马克斯·普朗克天文学研究所);Fakultät für Physik und Astronomie, Universität Heidelberg(海德堡大学物理与天文学院);Ludwig-Maximilians-Universität München(慕尼黑路德维希-马克西米利安大学);Exzellenzcluster ORIGINS(ORIGINS卓越集群)
研究通过辐射水动力学模型探讨了受星光驱动的阶梯状结构形成机制,揭示了热波不稳定性在类星盘中的作用及尘埃动力学建模的重要性。
2026-01-06 astro-ph.EP
Chemistry in protoplanetary disks (short review in Russian)
在这个演讲中,我将讨论在理解原行星盘的化学演化方面的最新进展,这些原行星盘类似于我们的太阳系在最初的一千万年中。在行星形成的边缘,温度、密度和辐射强度的强烈变化导致了这些圆盘的分层化学结构。在热、稀和强辐照的大气中,只有简单的自由基、原子和原子离子可以通过气相过程存活、形成和破坏。在大气层之下,有一个部分被紫外线屏蔽的温暖分子层,高能辐射驱动着气相和尘埃表面的丰富化学物质。在一个寒冷、致密、黑暗的圆盘中面,许多分子被冻结,形成厚厚的冰幔,表面化学活跃,合成复杂的(有机)物种。
2012-02-24 astro-ph.EP astro-ph.GA
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
A Framework to Model Stellar Irradiated Disks with Frequency-dependent Absorption and Scattering Opacities in Athena++
Flatiron Institute(平顿研究所);University of Nevada, Las Vegas(内华达大学拉斯维加斯分校);Columbia University(哥伦比亚大学)
提出一个在Athena++中使用多群辐射传输和径向射线模拟恒星辐照盘的框架,通过频率相关吸收和散射准确计算温度分布,与蒙特卡罗基准相比误差2-5%。
2026-06-17 astro-ph.EP astro-ph.IM astro-ph.SR
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
A Herschel view of protoplanetary disks in the $σ$ Ori cluster
我们提出了新的赫歇尔PACS观测的32 T金牛星在年轻的($\sim$ 3百万年)$σ$猎户座集群。我们的大多数天体都是K & M星,在24 $μ$ m处有很大的过剩。我们使用D'Alessio等人(2006)的辐射吸积盘模型,将其光谱能量分布与我们的观测数据进行比较。我们得出以下六个结论。(i)观察到的磁盘是一致的辐照吸积盘系统。(ii)我们的大多数物体(60%)可以用来自磁盘上层的显着尘埃消耗来解释。(iii)同样,我们的对象中有61%可以用大磁盘大小($\rm R_{\rm d} \geq$ 100 AU)建模。(iv)我们的圆盘质量在0.03到39 $\rm M_{Jup}$之间,其中35%的物体的圆盘质量低于1木星。虽然这些是下限,但在金牛座中存在的高质量(PDMATHAMR 0.05 M $_{\odot}$)盘缺失。(v)通过假设在星团中心最亮的恒星周围的物体均匀分布,我们发现80%的圆盘暴露在$300 \leq G_{0} \leq 1000$的外部FUV辐射下,这种辐射足以使较近的圆盘的外边缘光蒸发。(vi)在距离$σ$ Ori 0.6 pc的范围内,我们在我们的一个大圆盘(SO 662)的光谱中发现了[NII]的禁止发射线,但在我们的任何一个小圆盘中都没有发射。这表明这个物体可能是光蒸发盘的一个例子。
2016-07-05 astro-ph.EP
Probing disk dynamics and dust evolution through shadows in protoplanetary disks: A case study of the HD 142527 disk
Institute of Astronomy and Astrophysics, Academia Sinica(中央研究院天文及天文物理研究所);Institute of Science Tokyo(东京科学大学);The University of Tokyo(东京大学);Kogakuin University(工学馆大学)
研究通过构建三维模型估计原行星盘冷却时间尺度,进而推断尘埃表面密度和粒径,以HD 142527盘为例,发现其北部阴影区域冷却时间尺度及最大粒径,还满足垂直剪切不稳定性条件,为约束尘埃粒径提供有效工具,可用于其他过渡盘。
2026-07-21 astro-ph.EP astro-ph.SR
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
Hot and cool water in Herbig Ae protoplanetary disks. A challenge for Herschel
本文讨论了Herbig Ae型原行星盘70微米以上旋转H_2O发射谱线的空间起源和可探测性。我们使用最近开发的磁盘代码ProDiMo计算Herbig Ae型磁盘的热化学结构和应用非LTE线辐射转移代码Ratran预测水线剖面和强度图。该模式显示了盘内三个空间上不同的水浓度高的区域,它们与形成水的不同化学途径有关:(1)在内缘后面的深中面中有一个大的蓄水池,(2)在雪线r> 20 AU以外的遥远的冰中面周围有一个冷水带,(3)在高海拔z/r=0.1... 0.3,从约1AU延伸到30 AU,其中动力学气体温度范围从200 K到1500 K。虽然区域3只包含少量的水蒸气(~ 3 × 10 ^-5 M_Earth),但我们发现这个温暖的层几乎完全负责旋转水发射谱线,除了最低的3条激发线。因此,赫歇尔将首先探测区域3的条件和径向延伸,其中水主要通过中性-中性反应形成,气体与尘埃热解耦T_gas>T_dust。观测结果不允许确定雪线,因为雪线截断了区域1的径向延伸,而雪线源自区域3。不同的线传输近似(LTE,逃逸概率,蒙特卡罗)进行了讨论。在大多数情况下需要非LTE处理,并且发现用逃逸概率方法获得的结果低估了Monte Carlo结果2%…百分之四十五
2009-06-03 astro-ph.EP astro-ph.SR
Radiative Nonideal MHD Simulations of Inner Protoplanetary Disks: Temperature Structures, Asymmetric Winds, and Episodic Surface Accretion
本文通过包含完整非理想MHD效应和近似辐射传输的二维全球模拟,揭示了内原行星盘中磁场方向决定单侧快速表面吸积与不对称盘风,并证明吸积加热不影响盘温而风增强辐射加热,为观测提供磁活动特征。
2025-08-05 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
Using EUV driven external photoevaporation to test viscous evolution of protoplanetary discs
Imperial College London(帝国理工学院);University of California, Los Angeles(加州大学洛杉矶分校)
本研究通过分析EUV驱动的外部光蒸发对原行星盘的影响,提出了一种区分粘性与MHD风驱动盘演化的观测方法。
2026-02-18 astro-ph.EP
Irradiated Disks May Settle into Staircases
本研究针对受恒星辐照的原行星盘的辐照不稳定性演化问题,结合Athena++模拟与RADMC3d验证,发现盘会形成亮环暗隙相间的阶梯状热平衡稳态,指出此前相关研究的错误,为盘演化与行星形成研究提供新方向。
2024-02-01 astro-ph.EP
The Physical Structure of Protoplanetary Disks: the Serpens Cluster Compared with Other Regions
根据测光和Spitzer IRS光谱,给出了巨蛇座分子云中94颗被圆盘包围的年轻恒星的光谱能量分布。取到云的距离为415 pc而不是259 pc,年龄分布向较低的值移动,在1- 300万年的范围内,尾部高达1000万年。质量分布范围为0.2-1.2 Msun,中位质量为0.7 Msun。巨蛇座星系的分光度分布类似于年轻的金牛座分子云,大多数的圆盘与光学厚度一致,被动照射的圆盘在各种几何形状的圆盘(Ldisk/Lstar ~ 0.1)。相比之下,较老的上天蝎座和Eta Chamaeleontis星团的分布主要是光学薄的低光度盘(Ldisk/Lstar ~ 0.02)。这种演化在部分磁盘光度是并发的磁盘分数。巨蛇座中的吸积和非吸积恒星(基于Ha数据)在分数盘光度上显示出非常相似的分布,不同之处仅在于由强吸积恒星主导的较亮的尾部。与赫比格Ae/Be星的样本相比,巨蛇座中的金牛T星在不同的盘几何形状下,其光度分数并没有明显的分离:耀斑和平坦的盘都呈现出更宽的重叠分布。这一结果与之前关于赫比格Ae/Be恒星周围的盘演化更快的建议是一致的。此外,在磁盘表面的尘埃矿物学的结果没有显示任何相关性,无论是恒星和磁盘的特性或平均集群年龄在1-10百万年的范围内探测这里。缺乏相关性的一个可能解释是,影响盘内尘埃的过程具有很短的时间尺度,重复发生,因此很难区分长期持续的进化影响。[删节]
2012-12-13 astro-ph.EP astro-ph.SR
C I Traces the Disk Atmosphere in the IM Lup Protoplanetary Disk
本研究利用ALMA存档观测首次空间分辨IM Lup原行星盘的C I层,揭示其高度鼓胀的特性,推导了C I的发射高度、柱密度等参数,未发现嵌入行星或光致蒸发风的相关证据。
2023-12-13 astro-ph.EP astro-ph.SR
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
The Evolution Of The Inner Regions of Protoplanetary Disks
本文研究了低质量恒星周围原行星盘内部几个天文单位的演化。我们认为附近的恒星群的年龄从1到1100万年,分布到四个年龄箱。结合PANSTARSS测光与光谱类型,我们得出一致的红化为每颗恒星,我们使用(1)测量以上的光球与一个新的指标红外过剩和(2)估计质量吸积率($\dot{M}$)从H $α$线的等效宽度。使用观测到的衰减的$\dot{M}$作为一个约束,以固定的初始条件和粘性演化模型的粘度参数,我们使用近似贝叶斯模型来推断灰尘的属性,产生观察到的减少的IR过剩的年龄,在4.5和$24\,μ$ m之间的范围。我们计算了一个广泛的网格照射磁盘模型与两层壁模拟弯曲的尘埃内边缘,并获得与粘性演化预测的表面密度一致的垂直结构。我们发现,在磁盘上层的中值灰尘耗尽是$ε\sim 3 \times 10^{-3}$在1.5百万年,与以前的研究一致,它减少到$ε\sim 3 \times 10^{-4}$的7.5百万年。我们包括光蒸发在一个简单的模型中的磁盘的演变,并发现光蒸发风质量损失率的$\sim 1 -3 \times 10 ^{-9} \, M_{\odot}yr^{-1}$同意与磁盘分数随着年龄的下降相当不错。模型显示了H $_2$ O和CO雪线的向内演化。
2020-04-06 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.SR
1000 AU Exterior Arcs Connected to the Protoplanetary Disk around HL Tau
HL Tau周围的原行星盘是迄今为止最年轻的行星形成候选者,它仍然嵌在一个大小为数千au的原恒星包层中。在这项工作中,我们研究了气体运动的信封和它可能的影响嵌入盘。本文介绍了我们在0.8 "(110 au)分辨率下对HL Tau的13CO(2 - 1)和C_(18)O(2 - 1)辐射的ALMA第三周期新观测结果,并将观测到的速度图象与不同类型气体运动的模型进行了比较。13 CO和C18 O的发射线都显示了一个2 "(280 au)的中心致密成分,它跟踪了原行星盘。圆盘清晰地被解析,并显示出开普勒运动,由此估计HL Tau的原恒星质量为1.8 +/-0.3 M $_\odot$,假设圆盘的倾角为47度。13 CO辐射显示出两个大小为1000 - 2000 au、质量为3E-3 M $_\odot$的弧结构,与中心盘相连。一个是蓝移的,从东北延伸到西北,另一个是红移的,从西南延伸到东南。我们发现,简单的运动学模型的下落和(反)旋转扁平信封不能完全解释所观察到的速度模式的弧结构。弧形构造的气体运动学可以用三维下落或流出运动更好地解释。然而,在蓝移弧结构的西北部观测到的速度比预期的自由落体速度高出约60 - 70%。我们讨论了弧结构的两种可能起源:(1)由XZ Tau驱动的膨胀壳层外部压缩的下落流和(2)HL Tau周围原行星盘中引力不稳定引起的外流气体团。
2017-08-08 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.SR