Spiral arms in thermally stratified protoplanetary discs
在近红外散射光和最近的亚毫米连续光谱中，在近十几个原行星盘中观察到了螺旋臂。虽然最令人信服的解释之一是它们是由行星或恒星伴星驱动的，但在所有情况下，除了一个案例外，这些伴星尚未被发现，甚至对行星是否应该位于螺旋内部或外部也存在模糊性。在这里，我们使用3D流体动力学模拟来研究嵌入式行星发射的螺旋密度波的形态，同时考虑到垂直温度梯度，恒星辐射的自然后果。我们的模拟结果表明，螺旋在热分层光盘的螺距角是最低的光盘中平面和增加对光盘表面。我们结合流体动力学模拟与三维辐射转移计算预测，在近红外观测到的行星螺旋的俯仰角高于在亚毫米。我们还发现，在这两种情况下，螺旋收敛到行星。这提供了一种新的强大的观测方法来确定扰动行星是否在螺旋的内部或外部，以及绘制盘的热分层。
2017-11-09 astro-ph.EP
Warping Away Gravitational Instabilities in Protoplanetary Discs
我们进行3D SPH模拟翘曲，非共面的引力不稳定盘，以表明翘曲传播通过自引力盘，它加热盘，使其引力稳定。因此失去了螺旋结构，看起来完全轴对称。在它们年轻的时候，原行星盘被认为是巨大的和自引力的，这导致了非轴对称的螺旋结构。然而，最近用ALMA对年轻原行星盘的观测表明，在中平面很少观察到具有大尺度螺旋结构的盘。相反，更常见的是轴对称圆盘，其中一些圆盘还具有环和间隙结构。我们的工作invloving翘曲，非共面的光盘结构，预计通常发生在年轻的光盘，可能解决观测和理论预测之间的这种差异。我们证明，他们能够抑制大规模的自引力原行星盘的螺旋结构。
2021-12-05 astro-ph.EP
Asymmetric Temperature Variations In Protoplanetary disks: I. Linear Theory, Corotating Spirals, and Ring Formation
本研究通过线性理论分析，发现原行星盘中的非对称温度变化可在Lindblad共振处激发共转螺旋，进而分裂重连形成环，并可能通过非线性波耗散促进盘吸积。
2025-01-15 astro-ph.EP
Spiral arms in scattered light images of protoplanetary discs: Are they the signposts of planets?
近年来，原行星盘研究的一个惊人发现是在偏振散射光中在几个过渡盘中看到的螺旋臂。对观测到的螺旋特征的一个有趣的解释是，它们是由盘中的一个或多个嵌入（原）行星发射的密度波。在本文中，我们调查行星是否可以负责所观察到的螺旋的激发机制。我们使用局部等温流体动力学模拟以及解析公式来模拟行星发射的螺旋波。然后利用三维连续辐射转移程序计算了H波段散射光图像，研究了表面密度和压力刻度高度扰动对螺旋探测能力的影响。我们发现，在典型的恒星形成区域（140秒差距）的距离，在近红外波段，用现有的望远镜探测到的螺旋线，其表面密度的相对变化约为3.5。该值比流体动力学模拟中看到的值高八倍。我们还发现，在相同的条件下，压力标度高度的相对变化仅为0.2就足以产生可检测的签名。因此，我们认为，迄今为止在原行星盘中观察到的螺旋臂是盘的垂直结构变化（例如压力标度高度扰动）的结果，而不是表面密度扰动。
2015-05-26 astro-ph.EP
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
The impact of accretion heating and thermal conduction on the dead zone of protoplanetary disks
本文研究了吸积加热和湍流热传导对原行星盘平衡的影响，扩展了Flock的二维轴对称被动盘模型（Flock et al. 2016，ApJ 827，144）。该模型包括尘埃升华和辐射转移与通量限制扩散近似，并预测的密度和温度分布以及尘埃与气体的比率的磁盘。结果表明，吸积加热可以有很大的影响：当吸积率超过5*10^（-8）M_solar /yr时，在硅酸盐凝结锋后面形成一个温度足够高的区域，使尘埃升华并形成气体空腔。假设普朗特数~ 0.7，它进一步表明，湍流热传导不能被忽略的温度分布的评价。虽然内缘位置不受粘性加热的影响，但死区边缘径向向外移动，以获得更高的吸积率。
2021-10-20 astro-ph.EP
A multiwavelength analysis of the spiral arms in the protoplanetary disk around WaOph 6
[Full近年来，人们在散射光、毫米波连续谱和CO气体发射中发现了具有螺旋结构的原行星盘。造成这些结构的机制仍在辩论中。驱动旋臂的一个流行的场景是行星扰动圆盘中的物质。然而，如果盘是大质量的，引力不稳定性通常是最受欢迎的解释。多波长研究可能有助于区分这两种情况。到目前为止，在散射光和毫米连续谱中，只有少数几个具有螺旋臂的圆盘被观察到。我们的目标是对WaOph 6周围的原行星盘形态进行深入表征，分析在不同波长下获得的数据，并调查盘中螺旋特征的起源。我们提出了第一个近红外偏振观测WaOph 6与SPHERE在VLT，并将其与档案毫米连续ALMA观测。我们追踪了两个数据集中的螺旋特征，并估计了各自的螺距角。我们讨论了在WaOph 6中可能产生螺旋臂的不同情况。我们测试了行星扰动假说进行流体动力学和辐射转移模拟比较散射光和毫米连续观测。
2021-08-05 astro-ph.EP
Leading & Trailing Spiral Arms in a Nearly Broken Protoplanetary Disc
本研究通过三维模拟发现，近破裂倾斜环双星盘中内、外盘相对倾斜可激发前导旋臂，阴影可激发拖尾旋臂，二者可共存，且不依赖引力不稳定性。
2025-08-06 astro-ph.EP
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
Inferring Planet Mass from Spiral Structures in Protoplanetary Disks
最近对原行星盘的观测报告了螺旋结构，这是嵌入行星的潜在特征，建模工作表明，与传统的盘-行星相互作用理论相反，一颗行星可以激发多个螺旋臂。利用二维和三维流体动力学模拟进行系统的参数调查，我们证实了存在多个螺旋臂在磁盘与一个单一的行星，并发现了一个标度关系的方位角分离的主要和次要的臂，$ϕ_{\rm sep}$，和行星与恒星的质量比$q$：$ϕ_{\rm sep} = 102^{\circ} (q/0.001)^{0.2}$是质量在海王星和16木星之间的伴星，围绕着1太阳质量的恒星，$ϕ_{\rm sep} = 180^{\circ}$是质量在棕矮星周围的伴星。这个关系与行星盘的温度无关，并且可以用来推断行星的质量，精确度在30%以内，只要给出一个正面的行星盘的形态。结合流体力学和蒙特卡罗辐射转移计算，我们验证了我们的数值测量的$ϕ_{\rm sep}$是准确的表示，将在近红外散射光图像中测量，如那些预计将采取的双子座/GPI，VLT/SPHERE，或斯巴鲁/SCExAO在未来。最后，我们能够推断，使用我们的标度关系，负责SAO 206462螺旋结构的行星质量约为6个木星质量。
2015-12-10 astro-ph.EP
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
A Simple Time-Dependent Method for Calculating Spirals: Applications to Eccentric Planets in Protoplanetary discs
原行星盘中的螺旋已经被用来定位盘中潜在的行星。由于只有螺旋形从圆形轨道摄动是已知的，大多数以前的作品假设行星是在一个圆形轨道。我们发展了一个简单的半解析方法来计算由偏心行星发射的螺旋线的形状。我们假设行星在其轨道上发射小波，这些传播小波的波前形成螺旋。从这个简单的方法得到的螺旋形状与数值模拟非常吻合。由偏心行星激发的螺旋线可以脱离行星，分叉，甚至交叉，都是用这种简单的方法复制的。螺旋的分叉点对应于当行星的径向速度达到圆盘的声速时发出的小波。多个螺旋可以由偏心行星激发（当$e\gtrsim0.2$时多于5个螺旋）。螺旋角和图案速度在不同螺旋之间是不同的，并且可以在一个螺旋上显著变化。由大质量偏心行星发射的螺旋尾迹变陡为螺旋激波，螺旋激波的交叉导致螺旋扭曲或断裂。在质量相同的情况下，一个更偏心的行星会发射更弱的螺旋，并在很长一段时间内产生更浅的间隙。观测到的一些螺旋的异常大/小的螺距角，不规则的多个螺旋，以及不同螺旋之间的不同模式速度可能表明在原行星盘中存在偏心扰动。
2021-12-06 astro-ph.EP astro-ph.IM
Planet-driven spiral arms in protoplanetary disks: II. Implications
我们研究行星驱动的旋臂的各种特性是否可以用来约束看不见的行星的质量和它们在磁盘中的位置。通过进行二维流体动力学模拟不同的行星质量和磁盘的气体温度，我们发现，一个更大的螺旋臂形成较小的行星质量和较低的磁盘温度。一颗行星在其轨道内部会激发出两个或多个旋臂，而旋臂的温度范围是由盘的长宽比$0.04\leq(h/r)_p\leq0.15$来表征的，而在行星轨道外部，多个旋臂只能在具有$(h/r)_p \lesssim 0.06$的冷盘中形成。用螺旋臂的螺旋角约束行星质量需要精确的磁盘温度测量，即使使用ALMA也可能具有挑战性。然而，行星驱动的螺旋臂的螺距角在远离行星的地方减小的特性可以是一个强大的诊断，以确定行星是位于所观察到的螺旋的内部还是外部。臂对臂的距离随着行星质量的增加而增加，这与以前的研究一致;然而，确切的斜率取决于磁盘温度以及测量臂对臂距离的径向位置。我们将这些诊断应用于MWC 758和Elias 2 - 27中看到的旋臂。如Bae等人（2017）所示，行星驱动的螺旋臂可以产生同心环和间隙，在某些情况下，这可以产生比螺旋臂更主要的可观测特征。我们讨论了行星驱动的螺旋臂与环和间隙的可观测性。
2018-04-19 astro-ph.EP
Hiding Signatures of Gravitational Instability in Protoplanetary Discs with Planets
我们进行了三维SPH模拟表明，迁移的巨行星强烈抑制了自引力盘的螺旋结构。我们提出模拟ALMA连续观测表明，在没有行星的情况下，由于引力不稳定的螺旋臂很容易观察到。然而，在巨行星的存在下，螺旋结构被迁移的行星所抑制，导致一个具有环和间隙结构的大部分轴对称盘。我们对气体运动学的建模表明，这颗行星的存在可以推断出来，例如，使用光学薄的13 C16 O。我们的研究结果表明，它是没有必要的，以解释缺乏螺旋功能，否则预计在高质量光盘通过假设高的灰尘-气体质量比，以限制光盘的气体质量。
2020-11-09 astro-ph.EP
Observational Signatures of Tightly Wound Spirals Driven by Buoyancy Resonances in Protoplanetary Disks
除了林德布拉德共振引起的螺旋外，行星还可以通过浮力共振产生一系列紧密缠绕的螺旋。浮力共振的激发取决于气体的热弛豫时间尺度。通过计算与热弛豫有关的各种过程（辐射、扩散和气尘碰撞）的时间尺度，我们发现原行星盘的表面层（$Z/R\gtrsim0.1$）和外盘（$R\gtrsim100$ au）的热弛豫受到不频繁的气尘碰撞的限制.因此，在原行星盘模拟中常见的等温状态方程或快速冷却的使用是不合理的。使用三维流体动力学模拟，我们表明，碰撞限制缓慢的热弛豫提供了有利的条件，浮力共振发展。浮力共振主要产生垂直运动，其幅度在$^{12}$ CO发射表面是木星质量行星的$100~{\rm m~s}^{-1}$的顺序，足够大，以检测使用分子线观测ALMA。我们生成合成观测，并描述开普勒减去矩图和速度通道图的浮力共振的特征。基于扰动的形态和大小，我们建议TW Hya中观察到的紧密缠绕的螺旋可能是由90 au的木星质量行星驱动的。我们讨论了如何非开普勒运动驱动的浮力共振可以从其他来源驱动的区别。我们认为，多条线跟踪不同的高度，具有足够高的空间/光谱分辨率和灵敏度，以分离所产生的近，远侧的磁盘发射的观测，将有助于限制非开普勒运动的起源。
2021-02-07 astro-ph.EP
Global Spiral Density Wave Modes in Protoplanetary Disks: Morphology of Spiral Arms
我们分析了在极薄的，非粘性的，自引力的原行星盘中由引力不稳定性产生的双臂全球螺旋密度波模式，以了解旋臂形态（螺距角$α$和振幅）对各种盘条件的依赖性。由此产生的螺旋密度波模式的形态非常相似的观测。它们的俯仰角和图案速度对所采用的边界条件不敏感。在相同的条件下，高斯圆盘比幂律圆盘呈现出更紧密的螺旋缠绕（更小的螺距角）。我们发现，在一个固定的盘星质量比（$M_d/M_*$），俯仰角的平均Toomre的稳定性参数（$\overline Q$）或平均磁盘的纵横比（$\overline h$）增加。对于给定的$\overline Q$，具有较高$M_d/M_*$的密度波模式具有较大的俯仰角，而对于给定的$\overline h$，行为相反。俯仰角和盘属性之间的相互依赖性可以粗略地近似为$α\propto c_s^2/M_d$，其中$c_s$是声速。我们的引力不稳定性激发的螺旋密度波可以与行星发射的螺旋相区别：（1）大质量冷盘的螺旋螺距角随半径下降，而小质量热盘的螺旋螺距角随半径上升;（2）螺旋振幅的轮廓呈现出几个凹陷和隆起。我们提出引力不稳定性激发的密度波可以作为一种替代方案来解释所观察到的自引力原行星盘中的螺旋臂。
2020-11-10 astro-ph.EP astro-ph.GA
Are the spiral arms in the MWC 758 protoplanetary disc driven by a companion inside the cavity?
原行星盘中的螺旋臂被认为与伴星的存在有关。我们测试的假设，在过渡盘MWC 758中观察到的双旋臂形态可以产生的一个$\approx 10$ M $_{\rm Jup}$伴星的偏心轨道内部的螺旋臂。以前对MWC 758的研究假设了一个外部伴侣。我们比较模拟观测从三维流体力学模拟光盘同伴相互作用散射光，红外和CO分子线观测，考虑到观测偏差。内部同伴假说被发现解释双螺旋臂，以及在MWC 758中看到的几个额外的功能-西北部的弧，螺旋臂内的子结构，CO同位素的空腔，以及运动学中的扭曲。可测试的预测包括探测到较暗的螺旋结构，探测到主星东南偏南的点源，以及螺旋臂的自行。
2020-07-13 astro-ph.EP astro-ph.SR
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
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
A revised condition for self-gravitational fragmentation of protoplanetary disks
引力不稳定性导致的原行星盘碎裂是双星、棕矮星和气态巨行星形成机制的候选者。碎裂的条件被认为是盘冷却时间尺度与其动力学时间尺度相当。然而，一些数值模拟表明，即使冷却时间足够短，也不会发生碎裂，或者即使冷却效率低下，也会发生碎裂。为了揭示自引力盘碎裂的现实条件，我们进行了二维数值模拟，考虑了中心恒星的辐射和盘的辐射冷却效应，并精确地研究了原行星盘中形成的旋臂结构.我们表明，在旋臂的Toomre Q参数是一个必不可少的参数破碎。螺旋臂中只有当Q < 0.6时才断裂。我们进一步证实了在数值模拟中观察到的这种碎裂条件可以从自引力螺旋臂的线性稳定性分析中得到。这些结果表明，原行星盘的碎裂过程分为两个阶段：盘内旋臂的形成和旋臂的碎裂，我们的工作将原行星盘碎裂的条件简化为满足Q < 0.6的旋臂形成条件.
2016-03-30 astro-ph.EP astro-ph.SR
A Tight Relation between Spiral Arm Pitch Angle and Protoplanetary Disk Mass
我们使用二维傅立叶变换来测量俯仰角利用AB Aur、SAO 206462、MWC 758、V1247 Ori、HD 142527、DZ Cha、LkH $φ$ 330和HD 100453的近红外散射光图像，以及Elias 2-27、IM Lup、AS 205和HT Lup的ALMA毫米连续谱图像。我们发现，测得的俯仰角强烈相关的磁盘质量（$M_{D}$），这样更大质量的原行星盘有较小的俯仰角，以下$|φ| = -(7.8\pm1.7)\log(M_{D}/M_{\odot})+(2.7\pm2.6)$。有趣的是，有四个已知伴星（HD 142527，HD 100453，AS 205和HT Lup）的磁盘具有相同的趋势。旋臂螺距角对盘质量的这种强烈依赖表明，盘质量，独立的形成机制，起着决定所观察到的螺旋结构的臂紧度的基本作用。$φ-M_D$关系的物理起源仍然不清楚。原行星盘中旋臂的螺距角对盘的质量提供了一个独立的约束。
2019-04-29 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.SR
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
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
Electron Heating in the Magnetorotational Instability: Implications for Turbulence Strength in Outer Regions of Protoplanetary Disks
磁旋转不稳定性（MRI）在电离分数足够高的原行星盘区域中驱动剧烈的湍流。最近已经表明，由MRI引起的电场可以加热电子，从而影响气体中的电离平衡。特别是，在存在大量尘埃颗粒的盘中，电子加热导致电子丰度降低，从而防止MRI的进一步增长。通过使用非线性欧姆定律，考虑到电子加热，我们调查在原行星盘的MRI和电离化学之间的负反馈变得重要。我们发现，“电子加热区”，该地区的电子加热限制了磁共振成像的饱和度，延伸到80 AU的最小质量的太阳星云与丰富的亚微米大小的颗粒。该区域比在相同盘模型中径向范围为$\sim20$ AU的常规死区大得多。缩放参数表明，在电子加热区的MRI湍流应该有一个显着较低的饱和度。电子加热区中的亚微米尺寸的晶粒是如此带负电荷，以至于它们的碰撞生长不太可能发生。我们目前的模型忽略了双极和霍尔扩散，但我们的估计表明，双极扩散也会影响MRI的电子加热区。
2015-12-09 astro-ph.EP astro-ph.SR
Shadows and spirals in the protoplanetary disk HD 100453
了解行星的多样性需要研究它们形成的原行星盘的形态和物理条件。我们用SPHERE/VLT在光学和近红外波长的偏振散射光中观察并空间分辨了约1000万年前的原行星盘HD 100453周围的盘，达到了约0.02”的角分辨率和约0.09”的内工作角。我们检测到偏振散射光高达~0.42”（~48 au），并检测到一个空腔，一个在38度倾斜的方位角亮度变化的边缘，两个阴影和两个对称的螺旋臂。旋臂起源于阴影的位置附近，靠近半长轴。我们检测到一个微弱的螺旋状功能的SW，可以解释为磁盘的底侧的散射表面，如果磁盘是潮汐截断的M-矮星的同伴目前看到的投影距离~119 AU。我们构建了一个辐射转移模型，该模型考虑了内外盘错位约72度的主要特征。沿边缘的方位亮度变化很好地再现与散射相函数的模型。虽然螺旋可以由潮汐与伴星的相互作用触发，但螺旋与阴影的接近表明阴影也可能发挥作用。恒星照明沿边缘的变化，诱导的刻度高度的方位角变化，可以有助于亮度变化。现在，在少数几个盘中检测到过渡盘偏振图像中的黑暗区域，并且通常被解释为由于内部盘未对准而产生的阴影。HD 100453和螺旋的这种错位的起源尚不清楚，可能是由于腔体内尚未被发现的大质量伴星，并且在倾斜的轨道上。
2016-11-03 astro-ph.EP
Meridional Circulation driven by Planetary Spiral Wakes in Radiative and Magnetized Protoplanetary Discs
本文首次通过辐射磁流体力学模拟研究木星质量行星形成，发现行星螺旋尾流驱动的经向环流在不同设置下一致，并揭示了磁场湍流粘滞对间隙打开和吸积变化性的关键影响。
2023-05-13 astro-ph.EP
Modeling protoplanetary disk heating by planet-induced spiral shocks
本文通过二维流体模拟研究行星诱发的螺旋激波对原行星盘的加热，发现加热率主要取决于行星质量和盘粘滞性，并给出了以轨道半径、粘滞参数α和质量比q为变量的普适经验公式，可用于一维盘演化模型。
2024-11-20 astro-ph.EP astro-ph.SR
Evolution of dust in a protoplanetary disc driven by stellar flybys: implications for the streaming instability
Institute of Astronomy and Astrophysics, Academia Sinica（中央研究院天文及天文物理研究所）；Graduate Institute of Astrophysics, National Taiwan University（國立台灣大學天文研究所）；Homer L. Dodge Department of Physics and Astronomy, The University of Oklahoma（歐克拉荷馬大學霍默·L·道奇物理與天文學系）；Department of Physics and Astronomy, The University of Alabama（阿拉巴馬大學物理與天文學系）；Univ. Grenoble Alpes, CNRS, IPAG（格勒諾布爾阿爾卑斯大學、法國國家科學研究中心、IPAG）
研究恒星飞越对原行星盘尘埃演化的影响，发现低质量飞越抑制尘埃团聚，等质量飞越促进尘埃团聚。
2026-01-24 astro-ph.EP
Spiral Density Waves in a Young Protoplanetary Disk
引力有望激发原行星盘中的螺旋密度波，原行星盘是围绕年轻恒星运行的气体和尘埃盘。然而，以前的观测显示螺旋结构无法探测磁盘中平面，大部分质量集中在那里，行星形成发生。利用阿塔卡玛大型毫米/亚毫米阵列，我们在年轻恒星伊莱亚斯2-27周围的原行星盘中探测到一对对称的螺旋臂。臂延伸到磁盘外部区域，并可向下追踪到中平面。这些毫米波观测还揭示了比螺旋臂更接近恒星的发射间隙。我们认为，所观察到的螺旋线跟踪冲击的螺旋密度波在这个年轻的磁盘的中平面。
2016-10-17 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.SR
Thermodynamics of the dead-zone inner edge in protoplanetary disks
在原行星盘中，湍流区和层流区之间的内边界可能是行星形成的有利位置，这要归功于固体在边界本身或在罗斯贝波不稳定性产生的漩涡中的捕获。在界面处，由于湍流耗散和热电离的重要性，盘热力学和湍流动力学被包括在内。然而，边界的数值模型忽略了热力学，从而错过了物理的一部分。本文的目的是数值研究热力学和动力学之间的相互作用，在内部区域的原行星盘适当占湍流加热和电阻率对当地温度的依赖。使用Goddle程序RAMSES，我们进行了一系列的三维全球数值模拟的原行星盘在圆柱形的限制，包括湍流加热和一个简单的处方辐射冷却。我们发现，波激发的湍流显着加热死区，我们随后提供了一个简单的理论框架，估计波加热和随之而来的温度分布。此外，我们的模拟表明，死区内边缘可以向外传播到死区，在一个临界半径，可以从平均场模型估计失速之前。驱动传播的引擎实际上是靠近界面的密度波加热。在所有模拟中，压力最大值出现在界面处，并且我们注意到扩展方位角模拟中出现了Rossby波不稳定性。我们的模拟显示了原行星盘内部区域热力学和湍流动力学之间复杂的相互作用。它们还揭示了死区界面的活动对死区热力学结构的重要性。
2014-02-26 astro-ph.EP
Temperature Structure in the Inner Regions of Protoplanetary Disks: Inefficient Accretion Heating Controlled by Nonideal Magnetohydrodynamics
原行星盘（PPD）中的气体温度是由辐射加热和吸积加热共同决定的，后者通常归因于湍流耗散。然而，最近的研究表明，内盘（几个天文单位）主要是层流，吸积主要由磁化盘风驱动，作为弱电离气体的非理想磁流体动力学（MHD）效应的结果，这表明焦耳耗散的另一种加热机制。我们进行本地分层MHD模拟，包括所有三个非理想的MHD效应（欧姆，霍尔和双极扩散）和焦耳加热和由此产生的磁盘垂直温度分布的作用进行调查。我们发现，在内部磁盘，欧姆和双极扩散强烈抑制电流周围的中平面，焦耳加热主要发生在几个标度的高度以上的中平面，使中平面温度远低于传统的粘性加热模型。包括霍尔效应，当穿过盘的磁场与盘旋转对准/反对准时，焦耳加热增强/减少，但总体上无效。我们的研究结果进一步表明，在内部PPD的中平面温度几乎完全由辐射加热，除非粘性加热可以触发热电离在磁盘的最里面的区域自我维持磁旋转不稳定性湍流。
2019-02-28 astro-ph.EP astro-ph.SR
Planet-driven density waves in protoplanetary discs: numerical verification of nonlinear evolution theory
原行星盘和嵌入其中的行星之间的引力耦合导致螺旋密度波的出现，当它们通过盘传播时演变成冲击。我们探讨了一个半分析框架的性能，用于描述全球行星驱动的密度波的非线性演化，专注于低行星质量制度（低于所谓的热质量）。我们发现，这个框架准确地捕捉（准）自相似演化的波的性质表示在适当的尺度变量，提供了某些理论输入校准使用数值模拟（近似，第一性原理计算的波的演化的基础上的无粘Burgers方程是在定性的模拟协议，但过度预测波阻尼在定量水平）。我们提供了这样的输入，特别是，强度和全球形状的行星驱动的冲击占非线性效应的拟合公式。我们使用这个非线性框架，理论计算涡度生产的整体螺旋激波在光盘和数值验证这种计算的准确性。我们的研究结果可用于解释磁盘中的螺旋功能，嵌入式行星在CO线发射（“扭结”）的运动学签名的意见，并了解行星驱动的旋涡在原行星盘的出现。
2021-09-13 astro-ph.EP
Protoplanetary dust porosity and FU Orionis Outbursts: Solving the mystery of Earth's missing volatiles
众所周知，地球上的挥发性亲石元素以一种难以解释的方式耗尽。我们解决了这个异常的模型，结合了原行星盘中碰撞生长的尘埃颗粒的孔隙度与加热从FU Orionis事件，显着提高原行星盘温度。来自FU Orionis事件的加热改变了尘埃的空气动力学性质，同时蒸发了挥发物。这导致尘埃沉降，放弃了那些挥发物。这个模型成功地解释了地球的元素组成，有力地证明了太阳系外的原行星盘中存在着高度多孔的碰撞生长尘埃颗粒。此外，它还展示了尘埃孔隙度的热（或基于冷凝）变化以及空气动力学如何成为行星形成的一个强有力因素，导致尘埃盘中快速引力不稳定性的发生以及随后形成微行星的坍缩。
2014-04-15 astro-ph.EP
Winding Motion of Spirals in a Gravitationally Unstable Protoplanetary Disk
本研究通过ALMA七年观测发现IM Lup盘中的螺旋臂遵循开普勒旋转，为引力不稳定性在宽轨道行星形成区域中的作用提供了直接观测证据。
2025-09-24 astro-ph.EP astro-ph.GA
Spiral Arms in Gravitationally Unstable Protoplanetary Disks as Imaged in Scattered Light
结合3D光滑粒子流体力学和蒙特卡罗辐射转移计算，我们研究了螺旋密度波的形态引力不稳定性（GI）诱导的原行星盘，因为它们会出现在近红外（NIR）波长的直接图像。我们发现，系统与磁盘的恒星质量比q=M_disk/M_star是~0.25或更大的可能会产生突出的旋臂在近红外成像，非常相似的功能中观察到的MWC 758和SAO 206462系统。GI诱导臂在NIR波长处的对比度可以达到约3倍，并且它们的俯仰角约为10-15度。在2<1/q<8的范围内，GI诱导旋臂的主方位波数大致服从m~1/q。特别是，一个q~0.5的大质量圆盘可以表现出m=2的大设计螺旋。GI诱导的手臂与当地的磁盘近似共转，因此可能会通过压力阻力捕获尘埃颗粒。虽然GI可以产生具有与最近观察中报道的那些相似的形态、对比度和螺距角的NIR螺旋臂，但它也提出了在任何给定系统中可能满足或可能不满足的其他要求。GI起源要求螺旋相对紧凑，尺度<~100 AU;盘质量大，q>~0.25;吸积率Mdot高，每年约为1 e-6太阳质量。
2015-10-01 astro-ph.EP astro-ph.SR
Shedding Light on the Eccentricity Valley: Gap Heating and Eccentricity Excitation of Giant Planets in Protoplanetary Disks
我们发现，在非正压原行星盘中，熵梯度对一阶（非共轨）共转力矩有显著的修正作用。这样的非正压扭矩可以显着改变平衡，正压情况下，结果在净偏心阻尼嵌入磁盘中的巨大间隙清除行星。我们证明，恒星照明可以加热的差距，足以使行星的轨道偏心率，而不是被激发。我们还讨论了已知系外行星群中的“偏心谷”，与富含金属的系统相比，低金属量恒星在$\sim 0.1$和$\sim 1$ AU之间缺乏偏心行星（Dawson & Murray-Clay 2013）。我们表明，这一功能的行星分布可能是由于磁盘的自阴影的边缘位于尘埃升华半径$\sim 0.1$ AU，这是已知存在的几个金牛座T系统。在$\sim 0.1$和$\sim 1$ AU之间的阴影区域，由于缺乏间隙日照，使得盘的相互作用抑制了偏心率。在这些阴影区域之外，恒星的光照可以加热行星间隙，并驱动巨行星的偏心率增长。我们认为，自遮蔽不会出现在较高的金属丰度，由于增加的光学深度的气体内部的尘埃升华半径。
2014-01-13 astro-ph.EP
Spiral density waves and vertical circulation in protoplanetary discs
螺旋密度波主导着吸积盘动力学的几个方面-行星盘相互作用和引力不稳定性（GI）最突出。虽然它们已经在二维模拟中得到了彻底的研究，但它们在非线性状态下的垂直结构还没有被探索。这种忽视是没有根据的，因为与这些波相关的任何强烈的垂直运动都可能深刻地影响尘埃动力学，尘埃沉降，行星形成和圆盘表面的发射率。在本文中，我们结合线性计算和剪切盒模拟，以调查的螺旋波的垂直结构，为各种多变的分层和波振幅。对于亚绝热分布，我们发现螺旋波发展一对反向旋转极向辊。这些涡结构在非线性区特别强，是由背景垂直熵梯度支持的斜压性引起的。它们也与圆盘的g模密切相关，g模似乎与密度波非线性地相互作用。此外，我们证明了极向辊是无处不在的gravitoturbulence，出现在附近的GI螺旋尾迹，并可能运输颗粒的磁盘中平面。除了阻碍沉积作用和行星形成外，这种现象还可能影响对圆盘散射红外光度的观测。旋涡特征也可能影响年轻的原行星盘中受GI影响的湍流发电机，甚至可能影响星系盘。
2018-02-19 astro-ph.EP astro-ph.HE
Dynamical Evidence of a Spiral Arm--Driving Planet in the MWC 758 Protoplanetary Disk
十多颗年轻恒星在它们周围的原行星盘中拥有旋臂。这种武器的激发机制正在讨论之中。两个主要的假设--伴星-星盘相互作用和引力不稳定性（GI）--预测了螺旋的独特运动。通过使用甚大望远镜（VLT）上的SPHERE仪器对MWC 758旋臂系统在跨越${\sim}5$年的两个历元进行成像，我们首次检验了这两个假设。我们发现，模式的速度的螺旋是不一致的GI起源。我们的测量进一步表明存在一个微弱的“失踪的行星”驱动盘臂。平均螺旋速度是$0.\!^\circ22\pm0.\!^\circ03$ yr $^{-1}$，如果$1.9$ $M_\odot$中心星在圆形轨道上，则指向围绕它的$172_{-14}^{+18}$ au驱动器。此外，我们见证了全球范围内的随时间变化的阴影效应，这可能是源于内部磁盘。
2020-07-29 astro-ph.EP astro-ph.SR
Evidence for a massive dust-trapping vortex connected to spirals: a multi-wavelength analysis of the HD~135344B protoplanetary disk
螺旋臂、环和大尺度的不对称性是在对原行星盘的高分辨率观测中观察到的结构，似乎一些在散射光中显示螺旋臂的盘在毫米级的尘埃中也显示出不对称性。HD~ 135344 B就是其中之一。行星被认为是这些结构的起源，但迄今为止还没有观察到行星。我们研究了HD~ 135344 B盘的非对称结构的性质，以了解该盘中螺旋和非对称的起源。最终，我们的目标是了解是否需要一个或多个行星来解释这种结构。我们提出了新的ALMA次0.1”分辨率观测波段3和4。高空间分辨率使我们能够表征磁盘的毫米尘埃形态。连续发射的低光学深度探测了涡旋中的大部分尘埃。此外，我们将新的观测结果与档案数据相结合，进行多波长分析，并获得有关尘埃分布和不对称内部属性的信息。我们将非对称盘分解为对称环+非对称新月，并观察到：（1）光谱指数在涡旋中心强烈减小，与大颗粒的存在一致;（2）首次观察到涡旋峰值随波长的方位角移动;（3）涡旋的方位角宽度在较长波长处减小，正如尘埃陷阱所预期的那样。这些特征允许确认作为涡流的不对称性的性质。最后，旋涡总质量的下限是$0.3 M_{\rm Jupiter}$。考虑到这一估计中涉及的不确定性，涡旋的实际质量可能更高，并且可能在发射螺旋臂所需的值（$\sim 4\,\rm M_{\rm Jupiter}$）内，类似于在散射光中观察到的那些。
2018-09-11 astro-ph.EP
Short Circuits in Thermally Ionized Plasmas: A Mechanism for Intermittent Heating of Protoplanetary Disks
包括原行星吸积盘在内的许多天体物理系统都是由金属丰度接近太阳的湍流磁化气体组成的。当温度上升到大约1000 K以上时，这种气体中碱金属的热电离超过非热电离。其结果是，电导率，正比于电离分数，获得了强烈的，积极的温度依赖性。在本文中，我们证明了温度和电导率之间的这种关系触发了指数不稳定性，其作用类似于电气短路，其中增加的电导率集中了电流并局部增加了欧姆加热。这与在理想的磁重联区域中预期的磁化率增加形成对比。不稳定性的作用是将狭窄的电流片聚焦成更窄的片，具有更高的电流和温度。我们在本文中使用原行星盘作为我们的宿主系统示例，阐述了这种行为的基本原理，其动机是对球粒陨石及其祖先、原行星盘中尘埃颗粒的观察，这些观察揭示了强烈的存在。这种不稳定性可以解释频繁的加热事件。
2012-10-23 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.plasm-ph
Spiral Arm Pattern Motion in the SAO 206462 Protoplanetary Disk
在十几个原行星盘中已经观察到了螺旋臂，然而几乎所有系统的起源都在争论之中。旋臂形态的多时期监测提供了区分两种主导臂形成机制的动态方法：同伴驱动和引力不稳定诱导，因为这些机制预测不同的运动模式。通过分析2015年和2016年使用甚大望远镜（VLT）上的SPHERE仪器对SAO 206462系统的多历元J波段观测，我们测量了其两个突出的螺旋臂在偏振光中的图案运动。一方面，如果双臂同时运动，则它们可以由位于$86_{-13}^{+18}$ au的行星在圆形轨道上驱动，并且排除了重力不稳定运动。另一方面，它们可以由位于$120_{-30}^{+30}$ au和$49_{-5}^{+6}$ au的两颗行星驱动，这提供了一个初步的证据（3.0 $σ$），证明这两个螺旋是独立运动的。独立的手臂运动可能是支持我们的分析重新减少档案观测使用NICMOS仪器板载哈勃太空望远镜（HST）在1998年和2005年，但文物，包括阴影可以体现虚假的手臂运动在HST观测。我们希望未来的重新观测能更好地约束SAO 206462旋臂的运动机制。
2021-11-30 astro-ph.EP astro-ph.SR
An M Dwarf Companion and Its Induced Spiral Arms in the HD 100453 Protoplanetary Disk
最近的VLT/SPHERE近红外成像观测显示，在大约1.7太阳质量的赫比格恒星HD 100453周围的原行星盘中有两个旋转对称性接近m=2的螺旋臂。一颗质量约为0.3太阳质量M的矮星伴星HD 100453 B也被发现，距离主星约120天文单位。在这封信中，我们进行流体动力学和辐射转移模拟检查的HD 100453磁盘的散射光形态的同伴扰动的圆形和共面轨道。我们发现，同伴截断磁盘在~45 AU的散射光图像，并激发两个螺旋臂在剩余的（circumprimary）磁盘与近m=2旋转对称。无论是截断盘的大小和螺旋的形态都与SPHERE在Y，J，H和K1波段的观测结果非常一致，这表明M矮伴星确实是观测到的双螺旋臂图案的原因。我们的模型表明，磁盘是接近面对（倾角~5度），整个磁盘的同伴系统在天空中逆时针旋转。HD 100453的观测以及我们的建模工作表明，近红外散射光图像中的双螺旋臂图案可以由同伴产生，并支持未来的观测，以确定负责MWC 758和SAO 206462系统中观察到的手臂的同伴。
2015-12-15 astro-ph.EP astro-ph.SR
Grand Design Spiral Arms in the Compact, Embedded Protoplanetary Disk of Haro 6-13
本文利用ALMA高分辨率观测在Haro 6-13小尺度原行星盘中探测到一对低对比度旋臂，提出毫米波辐射光学厚可能隐藏足够质量使盘引力不稳定，且包层内落可能促进旋臂形成。
2025-07-06 astro-ph.EP astro-ph.SR
Electron Heating and Saturation of Self-regulating Magnetorotational Instability in Protoplanetary Disks
磁旋转不稳定性（MRI）具有在原行星盘中产生剧烈湍流的潜力，但由于MRI在低电离分数下的不确定性，其湍流强度和吸积应力仍存在争议。我们集中在加热电子的强电场放大非理想磁流体动力学效应。被加热的电子经常与尘埃颗粒碰撞并粘附在尘埃颗粒上，这反过来又降低了电离分数，并有望削弱MRI驱动的湍流运动。为了定量研究磁共振成像中电子加热的非线性演化，我们采用非分层剪切盒进行了磁流体动力学模拟。我们引入一个简单的解析电阻率模型依赖于电流密度通过模仿电离计算电阻率。我们的模拟证实，当电子加热在低电流密度下发生时，电子加热会抑制磁湍流。我们发现磁应力与其电流密度之间存在明显的相关性，这意味着磁应力与电流密度的平方成正比。当湍流运动被完全抑制时，有序磁场引起层流吸积流。我们给出了一个解析描述的层流状态通过使用的线性微扰方程的电阻率的解决方案。我们还提出了一个公式，成功地预测吸积应力存在的电子加热。
2017-09-20 astro-ph.EP astro-ph.SR
A highly non-Keplerian protoplanetary disc: Spiral structure in the gas disc of CQ Tau
在过去的几年里，高角分辨率的观测揭示了星周盘以各种各样的形状出现，各种各样的亚结构无处不在。这就产生了一个问题，即这些子结构是否是由行星盘相互作用触发的。除了直接成像之外，区分不同盘成形机制的最有前途的方法之一是研究气盘的运动学。特别是，旋转轮廓与开普勒速度的偏差可以用来探测可能由嵌入行星引起的气体压力轮廓的扰动。在本文中，我们的目的是分析气体亮度温度和运动学的过渡盘围绕CQ Tau星，以解决和表征的气体中的子结构，可能的扰动所造成的。对于我们的分析，我们使用空间分辨ALMA观测12 CO，13 CO和C18 O（J=2-1）。我们进一步提取强大的线质心为每个通道地图，并适合一些开普勒光盘模型的速度场。CQTau盘的气体运动学呈现非开普勒特征，12 CO和13 CO的等速曲线呈弯曲和扭曲。在减去方位对称模型后，在10-180 au的亮度温度和12 CO的旋转速度中检测到显着的螺旋结构，这可能是跟踪行星盘与嵌入行星或低质量伴星的相互作用。我们确定了三个螺旋，两个在亮度温度和一个在速度残差，跨越一个大的方位角和径向范围。亮温螺旋在形态上与同一圆盘中近红外散射光中观察到的螺旋相连，表明它们有共同的起源。再加上观测到的大尘埃和气体空腔，这些螺旋支持了CQ Tau盘中有一个巨大的嵌入式伴星的假设。
2020-12-08 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
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
Bridging the gap: consistent modeling of protoplanetary disk heating and gap formation by planet-induced spiral shocks
Department of Earth and Planetary Sciences, Institute of Science Tokyo（东京科学大学地球行星科学系）；Division of Liberal Arts, Kogakuin University（工学院大学人文学部）
本研究通过自洽模型统一行星诱导螺旋激波导致的盘加热与间隙形成，揭示巨行星对邻近行星和行星esimal分布的影响。
2026-01-13 astro-ph.EP astro-ph.SR
Formation of spirals in early stage protoplanetary discs
Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam (AIP)（波茨坦莱布尼茨天体物理研究所）
研究早期稳定原行星盘中气体自引力如何触发螺旋结构生长，发现非轴对称扰动在非线性阶段迅速放大，形成主导的大尺度螺旋结构。
2026-03-24 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
Ring Formation in Protoplanetary Disks Driven by an Eccentric Instability
我们发现，在一定的条件下，原行星盘可以自发地产生多个，同心的气体环没有嵌入行星通过偏心冷却不稳定性。使用线性理论和非线性流体力学模拟，我们表明，各种背景状态可能会捕获一个缓慢的进动，单臂螺旋模式，变得不稳定时，引力稳定的磁盘迅速冷却。激发这个螺旋所需的角动量是以不均匀的质量传输为代价的，这通常会导致多个环。例如，一个长期的流体动力学模拟展示了四个长寿命的轴对称气体环。我们用线性理论从第一性原理验证了不稳定性演化和环形成机制，结果与模拟结果吻合得很好。被困在这些环中的尘埃可能会产生与观测到的圆盘一致的可观测特征。此外，当不稳定性饱和时，直接检测偏心气体运动是可能的，并且在以后的时间内在环中剩余的任何残余偏心度也可以提供这种机制的直接观测证据。
2021-02-03 astro-ph.EP
Electric heating and angular momentum transport in laminar models of protoplanetary disks
原行星盘的垂直温度结构关系到与行星形成有关的几个过程，如气体和尘埃颗粒化学、冰线和对流。温度分布受中央恒星的辐射和任何内部热源的控制，例如可能来自气体吸积的热源。本文研究了层流圆盘中磁场的电阻耗散所产生的热量和角动量输运。我们使用当地的一维模拟，以获得垂直温度分布的典型条件下，在内部磁盘（0.5至4 AU）。在辐射非理想磁流体力学框架下，利用对气体电离和不透明度的简单假设，自洽地计算了加热和冷却速率。我们的特点是稳定的解决方案是对称的中平面，这可能与饱和霍尔剪切不稳定模式。我们还研究了全球吸积-喷射结构驱动的电流的耗散。在这两种情况下，我们都获得了足够高的不透明度的显着加热。强磁场可以诱导一个统一的顺序在磁盘中平面的温度增加，对流不稳定的熵分布，和表面发射率相当于一个粘性加热的$α\sim 10^{-2}$。这些结果表明，磁场如何可能驱动有效的吸积和加热弱电离磁盘的湍流可能是无效的，至少对于一系列的半径和年龄的磁盘。
2020-05-06 astro-ph.EP astro-ph.SR
Migration of anticyclonic vortices in the protoplanetary disk
本文用二维数值模拟方法描述了原行星盘的演化过程。采用有限体积法求解二维Euler方程。利用数值模拟方法研究了反气旋涡旋的持续和迁移。给出了两种情况：（1）由Rossby波不稳定性产生的涡，（2）最初在圆盘中实现的非线性涡模型。涡的迁移是由于涡在盘的气体中激发的螺旋密度波。
2012-11-27 astro-ph.EP
Evolution of protoplanetary disks from their taxonomy in scattered light: spirals, rings, cavities, and shadows
在偏振光下观测到的原行星盘的多样性促使分类学研究来约束它们的演化，并建立这种类型观测的当前框架。我们将58个可用偏振观测的圆盘根据它们在散射光中的外观分为六个主要类别（环形，螺旋形，巨型，边缘，微弱和小型圆盘）。我们重新计算了恒星和磁盘的属性从新推出的GAIA DR2和相关的磁盘类别这些属性。超过一半的样本显示了磁盘的子结构。对于其余的源，没有检测到的功能是由于他们的模糊，他们的小尺寸，或磁盘的几何形状。暗盘通常在年轻恒星周围发现，通常没有空腔。有一个可能的二分法，在近红外过量的来源与螺旋盘（高）和环盘（低）。像螺旋一样，阴影与高近红外过量相关。如果我们考虑到不同质量恒星的主序前演化时间尺度，旋臂可能与古老的盘有关。我们还发现，随着时间的推移，磁盘尘埃质量的松散，浅下降的趋势。原行星盘可能在其演化的早期形成类似环的子结构，但它们在散射光中的可探测性仅限于相对较老的源（超过500万年），其中反复探测到的盘腔允许照亮外部盘。盘质量随时间的浅减少可能是由于选择效应，其中迄今为止在散射光中观察到的盘通常是大质量的，明亮的过渡盘，其寿命比大多数盘更长。我们的研究指出，螺旋和阴影是由木星质量分数到几分之一的行星产生的，它们在靠近恒星的内盘和外盘腔上留下了（观察到的）印记。
2018-10-19 astro-ph.EP astro-ph.SR
