Mixing and Transport of Short-Lived and Stable Isotopes and Refractory Grains in Protoplanetary Disks
对原始陨石和彗星样本的分析表明,太阳星云一定经历了一个小的难熔颗粒大规模向外迁移的阶段,以及最初空间不均匀的短寿命同位素的均匀化。然而,稳定的氧同位素能够在$\sim$ 6%水平下保持空间异质性。实现这些不同目标的一个有希望的机制是与边缘引力不稳定(MGU)盘相关的混合和传输,这可能是年轻低质量恒星中FU Orionis事件的原因。几套新的MGU模型,探讨不同的质量(0.016至0.13 $M_\odot$)不同的质量(0.1至1 $M_\odot$)和不同的初始$Q$稳定性最小值(1.8至3.1)的恒星周围的磁盘的混合和运输。结果表明,MGU盘能够快速(在$\sim 10^4$年内)实现大规模的传输和均匀化最初空间不均匀分布的磁盘颗粒或气体。此外,该模型表明,虽然单次注射的异质性降低到一个相对较低的水平($\sim$ 1%),所需的早期太阳系测时,连续注入的排序与稳定的氧同位素分馏的紫外线光解产生持续的,相对较高的水平($\sim$ 10%)的异质性,与氧同位素数据。这些模型支持了这样的假设,即原太阳可能经历了至少一次类似猎户座FU的爆发,这产生了原始彗星和彗星留下的几个特征。
2013-06-10 astro-ph.EP astro-ph.SR
Impact of Local Pressure Enhancements on Dust Concentration inTurbulent Protoplanetary Discs
本文研究了由垂直剪切不稳定性引起的原行星盘(PPD)中局部压力增强(压力隆起)附近尘埃和气体的演化。我们进行全球二维轴对称和三维模拟的灰尘和气体的Z值(灰尘与气体(d/g)的表面质量密度或金属丰度的比率),粒子斯托克斯数τ,和压力冲击幅度A的范围。包括粉尘反馈到气体上。我们第一次在全球3D模拟中展示了由VSI引起的长寿命漩涡中的灰尘收集。在没有压力冲击的情况下,当Z = 0.01,τ = 0.01时,我们发现在圆盘中平面上,这种涡的d/g密度比略低于1,而当Z> 0.05时,长寿命涡基本上不存在。在存在压力冲击的情况下,对于Z~0.01和τ~0.01,尘埃涡旋形成,达到几倍于单位的d/g比,使得SI有望在其最终剪切成湍流尘埃环之前发展。对于Z~0.03,这发生在τ~0.005,具有较弱,更短暂的涡旋,而对于较大的τ,仅形成湍流尘埃环。当Z> 0.03时,我们发现尘埃环随着τ的增加而变得越来越轴对称,当τ> 0.005时,d/g比达到~1。此外,对于Z> 0.03,盘的垂直质量流轮廓受到灰尘的强烈影响,使得气体在中平面附近向内输送并且在更大的高度处向外输送,即,与具有零或少量灰尘的模拟相比相反的情况。随着Z = 0 - 0.05的增加,粘性$α$值适度下降,为0.001 - 0.0001。我们的研究结果表明,VSI可以发挥积极的作用,在星子的形成,通过形成涡的合理值Z和τ。它也可以提…
2021-12-12 astro-ph.EP
Long-lived protoplanetary disks in multiple systems: the VLA view of HD 98800
多星系中原行星盘的条件和演化可能与单恒星周围的情况有很大不同,这可能对行星形成有重要影响。我们提出了甚大阵列(VLA)的8.8毫米(34 GHz)和5厘米(6 GHz)的四重系统HD 98800,其中包括两个光谱二元系统(Aa-Ab,Ba-Bb)的观测。Ba-Bb双星被一个环双星盘所包围,由于其$\sim$的年龄为1000万年,且缺乏近红外线过剩,通常被认为是一个碎片盘。VLA 8.8 mm观测首次解决了磁盘大小(5-5.5 au)及其内腔($\approx$ 3 au),使其成为已知最小的磁盘之一。HD 98800 B体积小,光度分数高,毫米光谱指数与黑体辐射一致,这支持了HD 98800 B是一个巨大的光学厚环,可能仍然保留着大量的气体。在5 cm处的圆盘检测与来自光电离材料的自由-自由发射兼容。无盘HD 98800 A组件也被检测到,显示部分偏振在5厘米与非热色球活动兼容。我们建议,潮汐扭矩从Ba-Bb和A-B已经停止了内部和外部磁盘半径的粘性演变,和磁盘的演变通过质量损失通过光蒸发风。这种情况可以解释HD 98800 B的性质和寿命,以及HD 98800 A周围缺乏磁盘,这表明在某些系统配置中,多个系统中的行星形成可能比单个恒星有更多的时间进行。
2018-10-05 astro-ph.EP astro-ph.SR
Universal protoplanetary disk size under complete non-ideal magnetohydrodynamics: The interplay between ion-neutral friction, Hall effect, and the Ohmic dissipation
非理想磁流体动力学在原行星盘的形成过程中起着关键作用,特别是在调节其大小方面。我们提供了一个简单的模型来预测双极扩散,霍尔效应,欧姆耗散之间的相互作用下的磁盘大小。该模型预测一个小的磁盘大小约20 AU,仅次线性地依赖于磁盘参数,为广泛的初始条件下,分太阳质量和中等磁化。它是能够解释的现象,表现在现有的数值模拟,包括双峰磁盘行为下的平行和反平行的旋转和磁场之间的对齐。在并行配置中,磁盘大小减小并最终消失。在反平行配置中,磁盘有一个扁平的、收缩的、寿命短的外部分区(或伪磁盘),以及一个随着质量缓慢增长的、寿命长的内部分区。即使有明显的初始磁化,在磁盘中的垂直场只能占主导地位的早期阶段,当质量较低,和环向场最终占主导地位的所有磁盘。
2021-09-13 astro-ph.EP astro-ph.GA
Episodic planetesimal disruptions triggered by dissipation of gas disk
Nanjing University(南京大学);Key Laboratory of Modern Astronomy and Astrophysics in Ministry of Education, Nanjing University(教育部现代天文与天体物理重点实验室,南京大学);State Key Laboratory of Critical Earth Material Cycling and Mineral Deposits & Lunar and Planetary Science Institute, School of Earth Sciences and Engineering, Nanjing University(南京大学地球科学与工程学院关键地球物质循环与矿床国家重点实验室及月球与行星科学研究所);CAS Center for Excellence in Comparative Planetology(中国科学院比较行星学卓越创新中心)
研究通过分析木星和土星的长期共振与气体消散的耦合作用,揭示了星子在高速度碰撞中发生灾难性碎裂的间歇性触发机制。
2026-05-26 astro-ph.EP
Vortex-Induced Rings and Gaps within Protoplanetary Disks
本文通过二维流体动力学模拟发现,原行星盘中长寿命涡旋可产生密度波,其角动量通量比行星诱导波高两个数量级,从而在无粘性盘中形成可被ALMA探测的尘埃环与间隙。
2024-12-17 astro-ph.EP
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
The motion of chondrules and other particles in a protoplanetary disc with temperature fluctuations
我们考虑了原行星盘中的电泳输运机制。在这里,电泳不是由中心恒星引起的,而是由温度波动引起的,温度波动使悬浮的固体颗粒,包括球粒,受到圆盘内各向异性的热辐射。这些短暂的温度波动可以解释飞行时间大小排序和一般的数量密度增强。对于原行星盘中的毫米级颗粒,同样的机制也会导致尘埃聚集体的速度波动超过$100\,\mathrm{m\,s^{-1}}$。在未来的研究中应用这一点将改变我们对碰撞尘埃演化和聚集体生长的早期阶段的理解,因为粒子穿过弹跳屏障,并且质量传递速率被改变。
2016-09-28 astro-ph.EP astro-ph.SR
Substructures in protoplanetary disks imprinted by compact planetary systems
在原行星盘中观察到的子结构可能是嵌入行星雕刻间隙或创造漩涡的路标。这些行星的推断质量通常落在木星的范围内,尽管与低质量行星相比,它们的丰度较低,部分原因是以前的工作通常假设单个子结构(间隙或漩涡)是由单个行星引起的。在这项工作中,我们研究了由海王星类行星($\sim10-30\;M_\oplus$)组成的紧凑系统的可能印记,并表明当它们的行星际分离($Δa$)低于$\sim8$乘以$H_{\rm p}$ -行星位置的平均磁盘尺度高度时,长期存在的漩涡是一个普遍的结果。在单个行星无法产生长寿命涡旋的模拟中,两个行星系统可以在两种情况下至少在$5,000$轨道上保留它们:i)对于最紧凑的行星对,在稳定的拉格朗日点$L_4$和$L_5$周围具有细长涡旋的完全共享密度间隙($Δa \lesssim 4.6\; H_{\rm p}$); ii)部分共享的差距更广泛的行星($Δa \sim 4.6 - 8\;H_{\rm p}$)形成的涡旋密度环之间的行星通过罗斯贝波不稳定性。后一种情况可以产生宽高比范围小到$\sim3$的涡旋,并且可以发生在行星盘宽高比为$h\gtrsim 0.033$($h\gtrsim 0.057$)的行星被捕获到3:2(2:1)的平均运动共振中。我们认为它们的长寿命是由邻近行星发射的螺旋密度波的相互作用维持的。总的来说,我们的研究结果表明,具有海王星质量行星的紧凑系统…
2022-04-19 astro-ph.EP
Convective Overstability in Radially Global Protoplanetary Disks. II. Impact on planetesimal formation
本文通过径向全局原行星盘模拟研究对流超稳定性(COS)对尘埃动力学的影响,发现COS产生的大尺度涡旋能在较低金属丰度下引发尘埃聚集,揭示其对星子形成的重要作用。
2025-03-03 astro-ph.EP
Toroidal vortices as a solution to the dust migration problem
在之前的一封信中,我们报道了尘埃在原行星盘中的沉降可能导致动力学尘埃气体不稳定性,从而产生全球环形涡旋。在这封信中,我们调查的尘埃原行星盘的两种不同的尘埃物种(1毫米和50厘米的尘埃颗粒),在不稳定性的存在下的演变。我们展示了如何环形涡,触发毫米颗粒与气体的相互作用,停止米级尘埃的径向迁移,可能提供一个自然和有效的解决方案的尘埃迁移问题。
2015-12-18 astro-ph.EP
Resonant Excitation of Planetary Eccentricity due to a Dispersing Eccentric Protoplanetary Disk: A New Mechanism of Generating Large Planetary Eccentricities
我们提出了一种新的机制,产生大的行星偏心率。这种机制适用于行星在其同伴原行星盘的内腔中。具有内部截断的大质量盘可能由于与气体冷却相关的非绝热效应而变得偏心,并且可以在长寿命的相干进动偏心模式中保持其偏心率;当盘分散时,当行星和盘具有相同的拱点进动率时,内部行星将与偏心盘发生长期共振;然后,当系统经历共振时,行星的偏心率被激励到大值。在这项工作中,我们解决了偏心模式的一个模型盘广泛的质量。然后,我们采用一个近似的长期动力学模型来计算“行星+分散盘”系统的长期演化。在我们的计算中,这颗行星的偏心率很大(在0.1到0.6之间),尽管它的盘偏心率很小($\lesssim0.05$)。这种偏心率激发可以理解为与“行星+盘”偏心率本征态的演化相关的模式转换("避免交叉“)现象。
2022-11-14 astro-ph.EP
Harvesting the decay energy of $^{26}$Al to drive lightning discharge in protoplanetary discs
原始陨石中的球粒可能是由尘埃聚集体的再结晶形成的,这些尘埃聚集体被瞬间加热到几乎完全熔化。球粒可能代表了原行星盘内部区域的岩石微行星和原行星的基石,但其尘埃聚集体前体无处不在的热处理来源仍然难以捉摸。在这里,我们表明,逃逸的短寿命的放射性核素$^{26}$铝衰变释放的正电子导致大规模的收费密集的卵石结构,导致中和闪电放电和闪光加热的灰尘和卵石。这种充电机制类似于核电池,其中放射源为电容器充电。我们表明,核电池效应在circumplanetesimal卵石盘。这种盘中极高的卵石密度与从球粒内钠的高丰度推断出的球粒加热过程中的条件一致。如果小尘埃的质量密度比气体密度高出至少一个数量级,那么原行星盘的沉积中平面层也可能容易因正电子的发射而带电。我们的研究结果表明,$^{26}$铝的衰变能量可以收获驱动强烈的闪电活动在原行星盘。储存在正电子发射中的总能量相当于熔化原行星盘中所有固体所需的能量。然而,正电子能量转移到电场的效率取决于相对未知的分布和规模依赖的卵石密度梯度在circumplanetesimal卵石盘和原行星盘中平面层。
2017-08-17 astro-ph.EP
Short-Lived Radioisotopic enrichment from AGB interlopers in low-mass star-forming regions
本文通过 N-body 模拟研究了 AGB 闯入者对低质量恒星形成区原行星盘中短寿命放射性同位素(26Al 和 60Fe)的富集作用,发现富集程度普遍且取决于相交时间和闯入者速度。
2025-10-14 astro-ph.EP astro-ph.GA
Which planets trigger longer-lived vortices: low-mass or high-mass?
最近的ALMA观测发现了许多原行星盘,这些原行星盘上的环可以用质量小于木星的开隙行星来解释。与此同时,最近的研究表明,原行星盘应该有低水平的湍流。过去对低粘度圆盘的计算工作暗示,这两个发展可能不是自洽的,因为即使是低质量的行星也可能伴随着漩涡而不是传统的双环。我们调查这种潜在的差异进行流体动力学模拟的增长行星的核心在光盘与各种纵横比($H/r=0.04$,0.06,0.08)和粘度($1.5 \times 10^{-5} \lesssim α\lesssim 3 \times 10^{-4}$),这些核心吸积他们的气体质量直接从光盘。通过$α< 10^{-4}$,我们发现与$H/r \le 0.06$相比,在圆盘中的亚土星质量行星更有可能伴随着尘埃不对称,因为它们可以连续触发几代涡旋。我们还发现,与$H/r = 0.08$的漩涡生存$>6000$行星轨道,无论行星质量或光盘质量,因为他们是由行星的螺旋波的影响较小。我们将我们的结果与观测结果联系起来,发现用$H/r \ge 0.08$的涡旋向外迁移可能能够解释Oph IRS 48中的空腔或MWC 758中的两个团块。最后,我们表明,在金牛座的光盘人口中观察到的不对称性的缺乏是出乎意料的,因为在我们的低粘度模拟($α\sim 2 \times 10^{-5}$)的不对称寿命长,我们建议的差异是由于这些光盘具有较高的粘度。
2021-05-09 astro-ph.EP
Vortex formation in protoplanetary discs induced by the vertical shear instability
我们提出了理想化的原行星盘的二维和三维流体动力学模拟的结果,检查涡的形成和演变的垂直剪切不稳定性(VSI)。在最近的工作,我们发现,光盘径向下降的温度分布和短的热弛豫时间尺度,受到轴对称VSI。在三维空间中,由此产生的速度扰动引起准轴对称位涡扰动,这种扰动以一种让人想起Rossby波不稳定性的方式分裂成离散涡。具有非常短的热演化时间尺度(即τ<0.1的局部轨道周期)的盘发展出强烈的涡度扰动,这些涡度扰动卷起成具有小纵横比(χ<2)和短寿命(~几个轨道)的涡。更长的热时间尺度产生具有更大纵横比(6<x <10)的涡旋,以及取决于熵梯度的寿命。急剧下降的熵分布导致涡旋寿命超过数百个轨道周期的模拟运行时间。涡的寿命在光盘与积极或弱减熵剖面短得多,是10秒的轨道在最多,这表明亚临界斜压不稳定性起着重要的作用,在维持涡对破坏通过椭圆形不稳定。应用到原行星盘的外部区域,其中VSI是最有可能发生的,我们的研究结果表明,涡形成的VSI可能是短暂的结构。
2016-01-08 astro-ph.EP
The Sandwich Mode for Vertical Shear Instability in Protoplanetary Disks
湍流对原行星盘(PPD)中气体和尘埃的演化有着深刻的影响,从驱动尘埃颗粒的碰撞和扩散,到卵石在巨涡中的聚集,从而促进星子的形成。垂直剪切不稳定性(VSI)是一种流体动力学机制,如果局部热弛豫速率足够高,则在PPD中起作用。然而,以往的VSI研究依赖于恒定冷却速率的假设,或者忽略了气体粒子和尘埃颗粒之间有限的耦合时间。在这里,我们提出的流体动力学模拟的PPD与PLUTO代码,其中包括一个更现实的热弛豫处方,这使我们能够研究的VSI在光学厚和光学薄的部分考虑热尘埃-气体耦合的磁盘的结果。我们表明,即使在我们的二维和三维模拟的PPD的光学厚的内部区域的VSI引起湍流。高层大气中尘埃和气体粒子的碰撞解耦以及相应的低效率的热弛豫速率导致VSI湍流的阻尼。在我们的三维模拟中形成了长寿命的反气旋涡旋。这些结构出现在VSI活跃层中的湍流,持续数百个轨道,并在湍流区域的整个范围内垂直延伸。我们得出的结论是,VSI会导致湍流并在距离磁盘中平面的$\pm$ 3压力刻度高度内形成长期尘埃陷阱
2021-07-16 astro-ph.EP astro-ph.SR
Termination of an inward migration of a gap-opening planet triggered by dust feedback
由盘-行星相互作用引起的行星迁移是决定行星系结构的重要过程之一。一个足够大的行星会形成一个密度间隙,并随着间隙一起迁移。通过进行二维和双流体(气体和尘埃颗粒)流体动力学模拟,我们研究了尘埃反馈对间隙开放行星迁移的影响,这在以前的研究中没有考虑到。我们发现,在间隙的外缘的气体表面密度变得更小,由于灰尘反馈,从而从外盘施加的扭矩减小。这种机制随着差距的扩大和加深而变得有效。特别地,当行星的质量是行星大小并且湍流粘度是$α= 3\times 10^{-4}$时,行星可以由于从外盘施加的扭矩的减小而向外迁移。即使是一个较小的行星,迁移也会明显减慢。这种由尘埃反馈触发的向内迁移的终止可以解释为什么在原行星盘内经常可以观察到环和间隙结构。
2019-07-05 astro-ph.EP
Long-Lived Eccentricities in Accretion Disks
吸积盘可以是偏心的:它们支持全局和缓慢旋进的$m=1$模式。但是,这些模式是否仍然被困在盘中,因此是长期存在的,取决于盘的外边缘的条件。在这里,我们表明,在磁盘与现实的边界,其中的表面密度迅速下降超过一个给定的半径,偏心模式被困,因此长寿。我们专注于压力只有磁盘周围的一个中心质量,并展示了如何理解这一结果的帮助下,一个简单的二阶WKB理论。我们发现,最长的寿命模式是零节点模式,其中所有的磁盘的椭圆流线对齐,并且该模式的粘性时间尺度上的磁盘相干衰减。因此,这种模式,一旦激发,将在磁盘的寿命。它可能是最近原行星盘图像中所见不对称的原因。
2019-06-12 astro-ph.EP astro-ph.SR
Phyllosilicate Emission from Protoplanetary Disks: Is the Indirect Detection of Extrasolar Water Possible?
层状硅酸盐是由岩石和液态水之间的相互作用形成的含水矿物,通常在小行星带的陨石中发现。小行星之间的碰撞有助于形成黄道光尘,因此合理地可能包括页硅酸盐。原行星盘中的星子之间的碰撞也可能产生含有页硅酸盐的尘埃。这些矿物具有中红外线的特征发射特征,可以在太阳系外的原行星盘中检测到。在这里,我们确定是否页硅酸盐在原行星盘是可检测的红外线使用仪器,如船上的斯皮策太空望远镜和SOFIA(平流层天文台红外天文学)。我们计算了陨石中最常见的层状硅酸盐的不透明度,并使用2层辐射转移模型计算了原行星盘的辐射发射。我们发现,层状硅酸盐存在于3%的水平导致观测显着差异的磁盘光谱,因此,应使用红外观测和光谱建模检测。在一个原行星盘中检测到层状硅酸盐将是该盘中星子中液态水的诊断,并将证明与我们自己的太阳系的相似性。我们还讨论了使用页硅酸盐排放测试的“水世界”的假设,提出了在星子的液态水应与库存的短寿命的放射性核素在行星系统,特别是26铝。
2013-04-09 astro-ph.EP astro-ph.SR
Effect of Different Angular Momentum Transport mechanisms on the Distribution of Water in Protoplanetary Disks
原行星盘中的雪线将氢$_2$ O冰的区域与氢$_2$ O蒸汽的区域区分开来。一颗行星相对于这个位置形成的位置决定了它与多少水和其他挥发物一起形成。如果水蒸气向外扩散,并在雪线之外被冷捕获,其速度比冰粒向内漂移的速度快,那么巨大的行星形成就可能在水雪线处被触发。在这项研究中,我们调查的水分布在雪线,考虑三种不同的径向剖面的湍流参数$α(r)$,对应于三种不同的角动量传输机制。我们考虑通过扩散、平流和漂移的水汽和冰粒的径向输送。我们表明,即使是相似的值的$α$,梯度的$α$(r)跨越雪线显着改变雪线的位置,陡峭的挥发性梯度跨越雪线,并最终在行星体中的水/岩石比。$α$径向减小的剖面与流体动力学不稳定性加上磁盘风的输送相一致,似乎与太阳星云中水的分布相一致,径向水含量单调增加,小行星的数量也各不相同。我们认为,$Σ(r)$和水丰度$N_{\rm H_2O}(r)/N_{\rm H_2}(r)$可能是诊断的$α(r)$,从而在内部磁盘的角动量传输的机制。
2019-03-15 astro-ph.EP
On beryllium-10 production in gaseous protoplanetary disks and implications on the astrophysical setting of refractory inclusions
富含钙铝的包裹体(CAIs)是太阳系中已知最古老的固体,它显示了过去存在短寿命放射性核素铍-10的证据,铍-10可能是由原太阳耀斑期间的火花产生的。虽然这种$^{10}$ Be的产生迄今为止一直是在原行星盘的内边缘模拟的,但我在这里计算出,在较大的日心距离下,盘表面的spectrometry可能会重现测量到的$^{10}$ Be/ $^9$ Be比值。在CAI形成之前,气体中的BER 13 -10产量将主导固体中的BER 13 - 10产量。有趣的是,假设太阳的质子与X射线的输出比没有强烈地降低,那么CAI凝聚锋的$^{10}$ Be/ $^9$ Be会随着时间的推移而增加,这解释了(可能是早期)一代具有核合成异常的CAI中的降低值。因此,CAIs不需要在非常靠近太阳的地方形成,并且可能在0.1-1天文单位的地方凝结,而那里原本就有足够高的温度。
2019-03-07 astro-ph.EP astro-ph.SR
Dust dynamics in radially convective regions of protoplanetary disks
该研究通过高分辨率谱模拟探究原行星盘中对流过稳定性(COS)与尘埃的相互作用,发现COS形成的纬向流捕获尘埃的聚集倍数有限,尘埃反馈会阻碍纬向流形成,背景尘埃漂移会削弱聚集效应,其聚集上限需更真实模拟验证。
2025-01-16 astro-ph.EP
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
Chemistry in Protoplanetary Disks
年轻恒星周围的原行星盘(Protoplanetary disk,PPD)是一个寿命短(约0.3-10百万年)、致密(约10-1000天文单位)的气体和尘埃旋转储存器。PPD被认为是行星系统的诞生地,微小的颗粒聚集成鹅卵石,然后是岩石,星子,最终是行星,小行星和彗星。物理条件(温度、密度、电离率、紫外线/X射线强度)的强烈变化使各种化学过程在尘埃盘中活跃,在气相中产生简单分子,在尘埃颗粒表面产生复杂的多原子(有机)物种。在这篇文章中,我们总结了主要的现代观测方法和理论范式用于调查磁盘的化学成分和演化,并提出最重要的结果。未来的研究方向,将成为可能的阿塔卡马大型毫米波阵列(ALMA)和其他即将到来的观测设施的到来进行了讨论。
2010-11-22 astro-ph.EP astro-ph.GA
Gravoturbulent Planetesimal Formation: The Positive Effect of long-lived Zonal Flows
最近的数值模拟表明,在原行星盘中存在着长寿命的轴对称亚开普勒流和超开普勒流。这些纬向流被发现在本地以及全球模拟磁盘不稳定的磁旋转不稳定性。本文涵盖了我们的研究的强度和寿命的纬向流和由此产生的长寿命的气体过密度和欠密度的函数的方位角和径向尺寸的本地剪切盒。我们进一步研究尘埃粒子浓度没有反馈的气体和没有自重力。随着模拟箱径向尺寸的增大,纬向流的强度和寿命增大,而随着模拟箱方位角尺寸的增大,纬向流的强度和寿命减小。我们的模拟支持早期的结果,纬向流有一个自然的径向长度尺度的5-7气体压力刻度的高度。这是第一个研究,结合三维磁流体模拟的纬向流和尘埃颗粒的感觉气体压力。压力凸块非常有效地捕获具有$\textrm{St} = 1$的颗粒。我们表明,$\textrm{St} = 0.1$颗粒(如果在MMSN中为$5\textrm{AU}$,则为几厘米大小)达到比最初高100倍的密度。这为$\textrm{St} = 0.1$粒子和0.01的尘气比或$\textrm{St} \geq 0.5$粒子和$10^{-4}$的尘气比打开了通道,使它们仍然达到可能触发流动不稳定性的密度,从而形成微行星的重力湍流。
2013-01-09 astro-ph.EP
Tracing pebble drift and trapping using radial carbon depletion profiles in protoplanetary disks
行星的组成可能在很大程度上取决于原行星盘中冰卵石的化学过程和吸积。最近对原行星盘的观测暗示了气态碳的广泛耗尽。丢失的挥发性碳可能冻结在颗粒上的CO和/或CO $_2$冰中,并通过压力隆起或微行星中的卵石捕获锁定在盘中。本文介绍了首次成功的ACA(Atacama Compact Array)[C I] $J$ = 1-0小型巡天观测7个原行星盘的结果。使用定制的方位角对称DALI(尘埃和线)热化学盘模型,支持的[C I] $J$ = 1-0和解决CO同位素数据,我们确定了系统平均元素挥发性碳丰度在外盘的三个来源。在[C I] $J$ = 1-0与ACA中检测到七个源中的六个,其中四个显示出不同的盘组分。在模拟的基础上,我们发现DL Tau的外盘有严重的冷气态碳亏损,DR Tau和DO Tau的外盘有中度亏损。结合内外盘的碳丰度,我们证明了明确的证据,径向漂移的磁盘DL头,多个尘埃环的存在点,无论是短暂的或泄漏的尘埃陷阱。我们发现尘埃锁定在DO Tau和DR Tau的紧凑而光滑的磁盘中,暗示未解决的尘埃子结构。比较我们的结果与不同年龄和光度的恒星,我们确定了一个观测的气态碳耗尽的演化趋势,是一致的动力学模型的CO耗尽过程。固体在原行星盘中的输运效率可能与我们基于连续观测中当前分辨的子结构所预期的有很大不同。这对我们理解径向漂移和卵石吸积对行星组成的影响具有重要意义。
2022-01-11 astro-ph.EP
Dust-driven viscous ring-instability in protoplanetary disks
原行星盘在尘埃连续谱发射图和散射光图像中经常表现为多个同心环。这些特征通常与这些盘中可能的年轻行星有关。许多非行星的解释也被提出,包括雪线,死区和尘埃中的长期引力不稳定性。在本文中,我们提出了另一个潜在的起源。大量尘埃的存在往往会强烈降低气体的导电性,从而抑制磁旋转不稳定性,从而减少盘中的湍流。根据粘性盘理论,已知盘倾向于在粘度(即湍流)低的区域中增加其表面密度。气体压力的局部最大值倾向于通过径向漂移吸引灰尘,从而进一步增加灰尘含量。我们从数学上研究,如果这可能会导致一个反馈回路中,在尘埃表面密度的扰动可能会扰动气体表面密度,导致增加尘埃漂移,从而放大尘埃扰动,因此,气体扰动。我们发现,这确实是可能的,即使是适度小的尘埃颗粒尺寸,漂移效率较低,但更有可能影响气体电离度。我们推测,这种不稳定性可能是由最初的小尘埃种群触发的,当局部压力最大值足够强时,较大的尘埃颗粒被捕获并导致熟悉的环状形状。我们还讨论了这个模型的许多不确定性和局限性。
2017-11-27 astro-ph.EP
Convective overstability in radially global protoplanetary disks I -- Pure gas dynamics
本文通过全局线性分析与轴对称及三维非轴对称模拟,研究原行星盘纯气体中的COS,揭示其共振条件、涡旋与压力凸起形成及向外质量输运。
2024-05-08 astro-ph.EP
Self-organisation in protoplanetary disks: global, non-stratified Hall-MHD simulations
最近的观测揭示了原行星盘中有组织的结构,如轴对称环或马蹄形浓度,使人联想到大尺度涡旋。这些结构通常被解释为行星盘相互作用的结果。然而,这些磁盘也被认为是不稳定的磁旋转不稳定性(MRI),这被认为是在这些对象的主要角动量传输机制之一。因此,人们自然会问,MRI本身是否可以在不调用行星的情况下产生这些结构。MRI的非线性演化受到原行星盘中低电离分数的强烈影响。特别是霍尔效应,它在这些物体的密集和弱电离部分中占主导地位,已经被证明在剪切盒模拟中自发地驱动自组织流动。在这里,我们调查的全球MRI不稳定盘模型的行为占主导地位的霍尔效应和闪烁的动态。我们进行三维非分层霍尔MHD模拟开普勒磁盘的霍尔,欧姆和双极Elsasser数的范围很广。我们确认的过渡从一个动荡的一个有组织的状态的霍尔效应的强度增加。我们观察到带状流的形成,其数量取决于可用的磁通量和霍尔效应的强度。对于中等霍尔强度,流动自组织成长寿的磁化涡流。在我们已经探讨过的参数范围内,无论是环形场的加入,还是欧姆扩散或双极扩散,都不会彻底改变这幅图像。证明了这些结构在这种配置中捕获灰尘颗粒的能力。我们的结论是霍尔-MRI驱动的组织是一个合理的方案,可以解释在最近的观察中发现的一些结构。
2016-03-08 astro-ph.EP
The outcome of protoplanetary dust growth: pebbles, boulders, or planetesimals? II. Introducing the bouncing barrier
由于表面力的作用,微米大小的尘埃颗粒粘附在星周盘中,这是产生小行星和行星的第一阶段。驱动这一过程的关键因素是这种环境中尘埃颗粒之间的相对速度和尘埃聚集体碰撞的复杂物理学。在这里,我们提出了一个碰撞模型,这是基于这些聚集体的实验室实验的结果。我们研究了在原行星盘中通过凝聚可以达到的最大聚集体尺寸和质量。我们在三个不同的气体密度在1 AU的中平面的尘埃聚集体的增长模型。我们发现,尘埃的演变并不遵循先前假设的增长-碎裂周期。在这三种盘模型中几乎不发生灾难性碎裂。此外,我们看到长寿,准稳态的分布函数的聚集体由于反弹。我们探讨了如何改变湍流参数和通过改变粉尘颗粒的临界质量比的质量和孔隙率的变化。在模拟过程中,粒子的斯托克斯数大约为10^-4。在这些模型中,粒子的生长是通过反弹而不是破碎来停止的。聚集体的最终Stokes数对气体密度和湍流强度的变化相当不敏感。颗粒的最大质量被限制为约1克(球粒大小的颗粒)。微行星的形成可以通过这些按空气动力学大小分类的球粒大小的颗粒的湍流集中来进行。
2010-01-04 astro-ph.EP
Two timescale dispersal of magnetized protoplanetary disks
原行星盘很可能被垂直磁场的弱净通量穿过,这是分子云核心中存在的大得多的通量的残余。如果这个通量近似守恒,其动力学重要性将随着质量的增加而增加,最初是通过刺激磁旋转盘湍流,随后通过使风角动量损失。利用拟合方法对双极主导盘湍流进行数值模拟,建立了弱磁化原行星盘的简化一维演化模型。我们发现,在风中的显着角动量损失的晚发病可能会引起“两个时间尺度”磁盘的演变,其中一个长阶段的粘性演变之前,风成为主导的快速分散。因此,磁盘寿命的广泛分散可能是由于净通量的初始水平不同。磁流体动力学(MHD)风引发的分散不同的光蒸发分散在预测质量损失从小(小于1 AU)尺度,热风被抑制。我们的特定模型是基于一组有限的模拟,仍然不确定,但定性类似的演变似乎可能,如果质量从磁盘损失更快的流量,如果磁流体风成为重要的等离子体β下降。
2013-10-24 astro-ph.EP astro-ph.SR
On the Numerical Robustness of the Streaming Instability: Particle Concentration and Gas Dynamics in Protoplanetary Disks
流动不稳定性(SI)是原行星盘中固体聚集的一种机制。来自SI的非线性粒子聚集可以触发引力坍缩成星子。为了更好地理解SI的数值鲁棒性,我们使用已知产生强聚集的固定物理参数执行一套垂直分层3D模拟。我们改变了数值实现,即计算域的大小和垂直边界条件(vBC),比较新实施的流出vBC以前使用的周期性和反射vBC。我们发现强烈的颗粒团聚的SI是大多独立的vBC。然而,由于较大的颗粒质量库,在较大的模拟域中峰值颗粒密度较高。我们报告SI触发的带状流,即,气体压力的方位带状径向变化。这些结构具有低振幅,不足以阻止粒子径向漂移,证实了气体压力最大值中的粒子捕获不是SI的机制。我们发现,流出vBC产生人为的大气体流出率在垂直边界。然而,流出的vBC减少了垂直边界处的人工反射,允许更多的颗粒沉降,并且显示出更少的时间变化和更好的收敛性。对于所有vBC,致密颗粒细丝的径向间距是$\sim0.15$气体尺度高度($H$),其设置了自引力模拟中用于星子生长的进料区。我们的研究结果验证了在SI模拟中使用流出vBC,即使垂直边界接近($\leq 0.4H$)磁盘中平面。总体而言,我们的研究表明了数值鲁棒性的非线性粒子团聚的SI。
2018-06-12 astro-ph.EP
The impact of dynamic pressure bumps on the observational properties of protoplanetary disks
在过去的几年里,对原行星盘的大型(亚)毫米测量已经很好地限制了盘的人口统计,如它们的毫米光度,光谱指数和盘半径。此外,一些高分辨率的观测揭示了盘状尘埃连续体中丰富的子结构。最突出的是环状结构,可能是由于压力颠簸捕获尘埃颗粒。然而,这些隆起的起源和特征需要进一步研究。本工作的目的是研究动态压力颠簸如何影响原行星盘的观测特性。我们进一步的目标是区分行星与纬向流的压力隆起的起源。我们进行一维的气体和尘埃演化模拟,建立模型,不同的压力颠簸功能。我们随后运行辐射转移计算,以获得合成图像和不同数量的观测。我们发现,最外层的压力隆起决定了不同毫米波长的尘埃盘的大小。我们模拟的尘埃阱需要形成得早(< 0.1百万年),快(在粘性时间尺度上),并且必须长寿命(>百万年),以获得观测到的高毫米光度和低光谱指数的磁盘。虽然行星碰撞模型可以再现这些观测值,而不管不透明度的处方,最高的不透明度是需要的纬向流碰撞模型是符合观测。我们的研究结果有利于行星-在纬向流-起源的压力颠簸和支持的想法,行星形成已经发生在早期的0-1级阶段的拱盘。通过其最外层的压力隆起确定盘的有效尺寸也提供了一个可能的答案,为什么在最近的低分辨率调查中,盘在不同的毫米波长上似乎具有相同的尺寸。
2022-09-16 astro-ph.EP
Dynamics of Solids in the Midplane of Protoplanetary Disks: Implications for Planetesimal Formation
本文采用Athena程序对原行星盘中平面的粒子和气体进行了局部二维和三维混合数值模拟。颗粒与气体的空气动力学耦合,包括颗粒与气体的反馈。我们忽略磁旋转湍流作为PPD死区的近似,忽略粒子自引力来研究微行星形成的前兆。我们的模拟包括一个广泛的粒子尺寸分布,从强耦合粒子与无量纲停止时间τ_s=欧米茄t_stop= 1 e-4的边缘耦合的τ_s=1(其中欧米茄是轨道频率,t_stop是粒子摩擦时间),和广泛的固体丰度。我们的主要结果是:1.τ_s>=0.01的粒子在Kelvin-Helmholtz不稳定性发生前,积极参与流动不稳定性,产生湍流并维持粒子层的高度。2.当固体的大部分(τ_s>=0.01)和高度积分的固体与气体质量比Z是超太阳能时,作为流动不稳定性的结果的强颗粒聚集发生。3.径向漂移速度相对于传统的Nakagawa-Sekiya-Hayashi(NSH)模型有所减小,特别是在高Z下。我们得到了一个广义的NSH平衡解的多粒子物种,符合我们的结果非常好。4.τ_s>=0.01的粒子间碰撞速度主要由微分径向漂移决定,在较大的Z值下,碰撞速度大大减小。5.对于局部盘体固体丰度的富集和晶粒生长,存在两个正反馈回路。所有这些效应都促进了星子的形成。
2010-08-17 astro-ph.EP
Are protoplanetary disks born with vortices? -- Rossby wave instability driven by protostellar infall
我们进行了双流体,二维全球流体动力学模拟,以测试是否原恒星落入可以触发Rossby波不稳定性(RWI)在原行星盘。我们的研究结果表明,降落可以触发的RWI和产生的涡旋附近的质量降落在磁盘的外缘(即离心半径)。我们发现,RWI是在各种条件下触发的,虽然细节取决于磁盘参数和下落模式。触发RWI的共同关键特征是由下落区域外边缘的局部密度增加引起的方位角速度的陡峭径向梯度。当不稳定性进入非线性区域时,旋涡形成。在我们的标准模型中,自引力被忽略,旋涡在$\sim 20$局部轨道时间内合并成单个旋涡,合并的旋涡在计算的剩余时间($> 170$局部轨道时间)内存活。旋涡参与向外的角动量输送,雷诺应力为$\lesssim10^{-2}$。我们的双流体计算表明,涡旋有效地捕获尘埃粒子的轨道时间的顺序的停止时间,局部提高适当大小的颗粒的灰尘气体比的一个因素,$\sim 40$在我们的标准模型。然而,当考虑自重力时,涡流往往会受到阻碍而无法合并,最终可能会消散。我们的结论是,很可能有原行星盘有良好的条件,在原恒星的下降阶段,这可能会促进早期行星核心的形成。
2015-03-09 astro-ph.EP
How to form compact & other longer-lived planet-induced vortices: VSI, planet migration, or re-triggers, but not feedback
本文通过高分辨率二维和三维流体动力学模拟,研究行星诱导涡旋的形态与寿命,发现紧凑核心可由高质量行星再形成或VSI小涡旋产生,行星迁移也能延长寿命,但三维尘埃反馈并非成因。
2023-12-05 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
Triggering Collapse of the Presolar Dense Cloud Core and Injecting Short-Lived Radioisotopes with a Shock Wave. IV. Effects of Rotational Axis Orientation
对II型超新星遗迹(SNR)与致密星际云相互作用的天文观测以及对超新星核合成形成的短寿命放射性同位素(SLRI)子产物丰度的宇宙化学研究都支持了这一假设:太阳系的短寿命放射性同位素(SLRI)可能源自超新星。本文继续一系列致力于研究这样的冲击波是否可能引发致密的太阳前云核的动力学崩溃,同时注入足够丰度的SLRI来解释宇宙化学证据。在这里,我们研究冲击波撞击云的自旋轴是垂直的,而不是平行的,冲击波阵面的传播方向的影响。这些模型从2.2太阳质量的云核和20或40公里/秒的冲击速度开始。在所有的模型中,中心原恒星和原行星盘都形成了,尽管盘的旋转轴排列有些随机。圆盘的角动量大部分不是来自初始的云旋转,而是来自瑞利-泰勒指状体,这些指状体也会注入冲击波SLRI。在这些模型中,注入效率fi(入射冲击波材料注入坍缩云核的分数)为0.04 - 0.1,与旋转轴平行于冲击波传播方向时相似。显然,改变旋转轴的方向对结果只有很小的影响,加强了这种情况下,作为对太阳系SLRI的解释。
2015-07-14 astro-ph.EP
Discovery of Jet-Bubble-Disk Interaction: Jet Feedback on a Protoplanetary Disk via an Expanding Bubble in WSB 52
本文在WSB 52中发现膨胀气泡与原行星盘相互作用,提出喷流通过气泡对盘产生反馈的喷流-气泡-盘相互作用机制,揭示了恒星与行星形成的新动力学过程。
2025-05-08 astro-ph.EP astro-ph.SR
Long lived dust rings around HD169142
最近ALMA对HD~169142原行星盘的观测揭示了一个由同心尘埃环组成的特殊结构:主环位于$\sim$ 20 au,三重环位于$\sim 55-75$ au,辐射为毫米连续谱,由$^{12}$ CO,$^{13}$ CO和C $^{18}$ O $(J=2-1)$表面亮度剖面得到扰动气体表面密度。在这封信中,我们进行了三维数值模拟和辐射转移建模探索的可能性,两个巨大的行星与光盘和轨道相互作用的共振锁定可以负责所观察到的尘埃内环结构的起源。我们发现,在这种配置中,尘埃结构实际上是长寿的,而盘的气体质量被吸积到恒星和巨行星上,清空了内部区域。此外,我们还发现,最里面的行星位于尘埃环的内缘,可以从盘中吸积质量,在尘埃环形状中产生可以在毫米ALMA观测中观察到的签名。
2019-11-19 astro-ph.EP astro-ph.SR
On the coexistence of the streaming instability and the vertical shear instability in protoplanetary disks
流动不稳定性是解释微行星形成的一个主要候选机制。然而,这种不稳定性在驱动原行星盘中的湍流中的作用,由于其基本性质是线性流体动力学不稳定性,到目前为止还没有详细研究。我们研究了由流动不稳定性引起的湍流以及它与垂直剪切不稳定性的相互作用。为此,我们采用FLASH代码进行二维轴对称全球磁盘模拟半径从$1$ au到$100$ au,包括气体和尘埃之间的相互阻力以及径向和垂直的恒星引力。如果流动不稳定性和垂直切变不稳定性同时开始增长,我们发现尘埃中面层的湍流主要是由流动不稳定性驱动的。它引起垂直气体运动,马赫数高达${\sim}10^{-2}$。粉尘刻度高度以自我调节的方式设置为气体刻度高度的大约$1\%$。相比之下,如果垂直剪切不稳定性被允许饱和之前,灰尘被引入到我们的模拟,那么它仍然是在灰尘层中的湍流的主要来源。垂直切变不稳定性引起马赫数为${\sim}10^{-1}$的湍流,从而阻碍粉尘沉降。尽管如此,我们发现的垂直剪切不稳定性和流动不稳定性相结合,导致径向尘埃浓度在长期的积累,这是显着的密度比单独的流动不稳定性形成的。因此,垂直剪切不稳定性可能会促进微行星的形成,通过创建弱的超密度,作为种子的流动不稳定性。
2020-02-17 astro-ph.EP
Evolution of the Solar Nebula. IX. Gradients in the Spatial Heterogeneity of the Short-Lived Radioisotopes $^{60}$Fe and $^{26}$Al and the Stable Oxygen Isotopes
短寿命放射性同位素(SLRI),如$^{60}$ Fe和$^{26}$ Al可能以空间和时间不均匀的方式注入太阳星云。边缘引力不稳定盘(MGU)是形成气体巨行星所需的类型,能够快速均匀化同位素异质性,以及快速径向运输尘埃颗粒和气体穿过原行星盘。两种不同类型的新模型的MGU盘在轨道上围绕太阳质量的原恒星。第一组具有引力势球谐解中项数的变化,有效地研究了改变导致MGU盘演化的引力矩空间分辨率的影响。第二组探讨了改变Toomre $Q$稳定性参数的初始最小值的影响,从1.4到2.5的值,即,越来越不稳定的磁盘。新模型表明,基本结果在很大程度上独立于这两组变量。MGU磁盘模型鲁棒地导致SLRI的初始高度不均匀分布的快速混合,在内部($<$ 5 AU)和外部($>$ 10 AU)磁盘区域中达到$\sim$ 10%的水平,并且在中间区域中达到甚至更低的水平($\sim$ 2%),其中重力扭矩在混合中最有效。这些梯度应该对小行星中所含的SLRI和稳定氧同位素的分布具有宇宙化学意义(例如,彗星)形成的巨行星区域($\sim$ 5至$\sim$ 10 AU)相比,在其他地方形成。
2011-07-01 astro-ph.EP
Meso-scale Instability Triggered by Dust Feedback in Dusty Rings: Origin and Observational Implications
ALMA对原行星盘(PPD)的高空间分辨率观测揭示了许多关于盘物理和尘埃动力学的有趣约束的细节,这两者对于理解行星形成都是必不可少的。我们进行了高分辨率,二维全球流体动力学模拟,包括尘埃反馈的影响,研究尘埃环的稳定性。当环的边缘是相对尖锐的灰尘表面密度变得可比的气体表面密度,我们发现,灰尘反馈增强的径向梯度的方位角速度分布和位涡分布在环的边缘。这最终导致中尺度(几个磁盘尺度高度的空间尺度)的不稳定性,导致尘埃环中充满了许多致密的区域,在中尺度上具有高度集中的尘埃密度。我们还使用我们的模拟结果产生合成的灰尘排放图像,并讨论模拟和观测之间的比较。
2020-01-20 astro-ph.EP astro-ph.SR
Survival of Protoplanetary Disks in Upper Scorpius from Population Synthesis Models with External Photoevaporation
KU Leuven(荷语鲁汶大学);Università degli Studi di Milano(米兰大学);University College London(伦敦大学学院);European Southern Observatory(欧洲南方天文台)
研究通过群体合成模型探讨了外部远紫外辐射对原行星盘寿命的影响,发现低质量恒星更易导致盘蒸发,且盘寿命与粘性参数及初始半径有关。
2026-02-25 astro-ph.EP
Vortices in stratified protoplanetary disks : From baroclinic instability to vortex layers
大尺度涡旋在原行星盘的演化过程中起着关键作用,特别是在没有与磁场相关的湍流的死区中。由于盘的垂直结构和椭圆不稳定性,它们可能由亚临界斜压不稳定性形成是一个复杂的问题。{In二维圆盘的斜压不稳定性作为一个功能的热传输效率进行了研究。在三维圆盘中,我们探讨了径向和垂直分层对涡旋形成和放大过程的重要性。使用基于二阶有限体积法的完全可压缩流体动力学代码进行数值模拟。我们假设无粘圆盘模型中的理想气体定律,其中热传递是由于弛豫或扩散。{In在二维情况下,斜压不稳定与热松弛导致大尺度涡的形成,这是不稳定的椭圆不稳定。在存在热扩散的情况下,形成中空涡旋,其演变成具有湍流核心的涡旋结构。在3D中,磁盘分层被发现是不稳定的,在一个有限的层,其中可以包括或不包括中平面。当不稳定层包含中面时,三维斜压不稳定与二维一样首先在不稳定层中发展,产生大尺度涡。这些涡旋在稳定层中被拉伸,形成了长寿命的柱状涡旋结构,延伸到圆盘的高度。它们也被发现是沿斜压临界层表面在整个盘上发展的内涡层的来源,并在盘的上部区域形成新的涡。{In三维磁盘,涡可以生存很长一段时间,如果生产的涡...
2016-06-19 astro-ph.EP
Radiation Hydrodynamics of Self-gravitating Protoplanetary Disks: I. Direct Formation of Gas Giants via Disk Fragmentation
通过三维辐射流体动力学模拟,研究自引力原行星盘中的引力不稳定性,发现增加盘质量和降低不透明度可促进碎裂,形成的团块质量与气态巨行星一致,支持引力不稳定性作为巨行星形成途径。
2025-10-22 astro-ph.EP
Thermal instability and rocky planetesimal formation in the inner regions of protoplanetary disks
Institute of Science Tokyo(东京科学大学);National Astronomical Observatory of Japan(日本国立天文台)
研究通过尘埃自聚集机制探讨原行星盘内区热不稳定性对类地行星esimal形成的影响,提出热不稳定性驱动MRI周期性激活与失活,促进行星esimal形成。
2026-08-05 astro-ph.EP
Convergence of the critical cooling rate for protoplanetary disk fragmentation achieved; the key role of numerical dissipation of angular momentum
我们使用光滑粒子流体动力学(SPH)和GIZMO代码(Hopkins 2015)中的新拉格朗日无网格有限质量(MFM)方案对引力不稳定盘进行模拟。我们的目的是了解文献中报道的破碎冷却边界不收敛的原因。我们运行SPH模拟与两种不同的人工粘性的实现,并比较它们与MFM,它不采用任何人工粘性。用MFM方法证明了在β_{crit} =3时碎裂的临界冷却时标的收敛性。非收敛性在SPH码中持续存在,尽管它被具有降低的人工粘性的方案显著减轻,例如无粘性SPH(ISPH)(Cullen & Dehnen 2010)。我们展示了如何不收敛的问题是由人工碎片引发的角动量过度耗散域中具有大的速度导数。随着分辨率的增加,这些域变得更加突出。由于这些区域的数值粘性耗散,涡度滞后于密度,从而促进了冷却时间较长的塌缩。这种效果被证明是占主导地位的竞争趋势的人工粘度,以减少随着分辨率的增加。当初始条件第一次放松几个轨道,流动是更有规律的,在非轴对称区域的剪切和涡量较低,有助于收敛。然而,MFM是唯一一种精确收敛的方法。我们的研究结果是普遍感兴趣的数值耗散通过人工粘性或平流误差也可能发生在基于网格的代码。事实上,对于FARGO码的β_{crit}值显着高于我们的收敛估计已在文献中报道。最后,我们讨论了巨行星形成通过磁盘不稳定性的影响。
2017-11-09 astro-ph.EP
Global variation of the dust-to-gas ratio in evolving protoplanetary discs
最近的理论表明,通过流动和/或引力不稳定性的星子形成可能是由局部的尘埃-气体比的增强触发的,一种假设是,足够的增强可能是在堆积的小固体颗粒在空气动力学阻力下从外盘的大质量储存器中吸入。静态气盘中颗粒堆积的研究为这一假设提供了部分支持。在这里,我们研究的径向和时间演化的尘埃气体比在湍流盘,发展的作用下的粘性和光蒸发。我们发现,颗粒堆积一般不会发生在不断发展的光盘,特别是如果引入的大颗粒仅限于内部,致密的区域的光盘。相反,径向漂移导致固体从外盘耗尽,而内盘保持在初始值的~2倍内的尘气比。我们将这一结果归因于内盘中湍流扩散和径向平流(平均气流)的时间尺度较短。我们表明,质量的演变的尘埃与气体的比例只依赖于弱的圆盘模型的参数(圆盘的质量,大小,粘度和施密特数的值),并讨论了通过集体不稳定性的星子形成的影响。我们的研究结果表明,在光盘中有一个显着的水平的中平面湍流和吸积,星子的形成将需要在没有大规模的增强是可能的。相反,在局部湍流结构中捕获和集中粒子可能是星子形成的第一阶段。
2012-03-13 astro-ph.EP
Accretion bursts in magnetized gas-dust protoplanetary disks
目的和方法。研究了由不同质量$M_{\rm core}$和质量-磁通量比$λ$的星前核形成的原行星气尘盘最内层盘区磁旋转不稳定性(MRI)触发的吸积爆发。采用磁流体动力学数值模拟方法研究了具有自适应湍流$α$参数的原行星盘的长期($\sim 1.0$ ~Myr)演化。数值模式还具有气体和尘埃的共同演化,包括尘埃对气体和尘埃生长的反反应。结果在其形成后不久,内部盘中形成了具有低电离分数$x <= 10^{-13}$和几百开尔文温度的死区,根据模型的不同,从几个天文单位延伸到几十个天文单位。死区的特征是明显的尘埃环,这些尘埃环是由于在局部压力最大值中生长的尘埃颗粒的浓度而形成的。死区中碱金属的热电离触发MRI和相关的吸积爆发,其特征在于急剧上升,活动阶段的小规模变化,以及一旦内部MRI活动区域耗尽物质就快速下降。爆发的发生频率是最高的磁盘形成的初始阶段,并驱动重力不稳定性(GI),但下降与减少磁盘的质量负荷从下降的信封。初始爆发活动和由包层质量下降所驱动的盘中GI的强度之间存在因果关系。节录。
2020-11-02 astro-ph.EP astro-ph.SR
Kinematic signatures of planet-disk interactions in VSI-turbulent protoplanetary disks
本文通过全球三维流体动力学模拟和ALMA观测模拟,研究VSI湍流原行星盘中嵌入大质量行星对气体运动学的影响,发现行星会抑制VSI大尺度流动并限制其在CO观测中的可探测性。
2023-10-27 astro-ph.EP
Early Solar System instability triggered by dispersal of the gaseous disk
太阳系的轨道结构被认为是由巨行星之间的动力学不稳定性所塑造的。然而,不稳定的触发因素和时间尚未明确确定。流体动力学模型表明,当太阳的气态原行星盘存在时,巨行星在共振链中迁移到紧凑的轨道结构中。在这里,我们使用动力学模拟来表明,巨行星的不稳定性可能是由气体盘的分散引发的。当圆盘从里到外蒸发时,它的内边缘连续扫过并依次动态地扰动每个行星的轨道。相关的轨道移动导致系统外部的动力学压缩,最终引发不稳定。我们模拟系统的最终轨道与太阳系的天体物理参数的可行范围相匹配。因此,巨行星的不稳定性发生在气体盘消散的时候,天文观测限制在太阳系诞生后的几百万到一千万年。类地行星的形成要等到这样一个早期巨行星不稳定性之后才完成;不断增长的类地行星甚至可能是由它的扰动雕刻而成的,这解释了火星相对于地球的小质量。
2022-05-04 astro-ph.EP astro-ph.SR
Wind-accretion disks in wide binaries, second generation protoplanetary disks and accretion onto white dwarfs
从演化的施主星到它的伴星的质量转移是双星系统中恒星演化的一个标准特征。在宽联星中,伴星捕获了主星在风中喷射的部分质量。被捕获的物质形成一个吸积盘。在这里,我们使用数值方法研究风-吸积盘的演变,该方法使我们能够跟踪长期演变。对于一个广泛的初始条件,我们推导出的径向密度和温度分布的磁盘。在大多数情况下,风吸积会在AGB施主星的整个生命周期中产生长寿命的稳定盘。这些盘的质量是10^{-5}-10 ^{-3} M太阳的几倍,表面密度和温度分布遵循破幂律。圆盘中的总质量与所使用的粘度参数近似线性地成比例。大约有50%到80%的质量落入盘中,并与中心恒星吸积;其余的则从盘的外缘流出,进入主星的恒星风中。对于吸积速率较大的系统,次级吸积量可达0.1M太阳。当次级恒星是白矮星时,吸积自然会导致新星和超新星爆发。对于所有类型的二级恒星,大质量盘的表面密度和温度分布类似于在原行星盘中观察到的结构,这表明协调的观测计划可能会提高我们对不确定的盘物理学的理解。
2012-12-10 astro-ph.EP astro-ph.SR