The CO snow line favours strong clumping by the streaming instability in protoplanetary discs with porous grains
Universite Claude Bernard Lyon 1, CRAL UMR5574, ENS de Lyon, CNRS(里昂第一大学,CRAL UMR5574,巴黎高等师范学院,法国国家科学研究中心)
本文研究了含多孔颗粒的原行星盘中,二氧化碳雪线对流体不稳定性产生强团聚条件的影响。
2026-01-27 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.SR
Polarization reversal of scattered thermal dust emission in protoplanetary disks at (sub-)mm wavelengths
原行星盘的偏振光研究是制约尘埃性质、盘形和嵌入磁场的关键。然而,不同的偏振机制和尘埃颗粒的形状和成分的多样性导致偏振图案的模糊性。所谓的“自散射”的热,再发射的辐射在红外和毫米/亚毫米作为一个主要的偏振机制进行了讨论。如果辐射场的净通量是径向的,通常假设原行星盘中散射产生的偏振图案显示出面向盘的同心环。我们表明,翻转的$90^\circ$的偏振矢量可能会发生和模仿的典型模式的尘埃颗粒排列的环形磁场中看到接近face-on. Further,这种效应的偏振反转是一个快速变化的函数的波长和晶粒尺寸,因此,一个强大的工具来约束颗粒成分和尺寸分布存在于原行星盘的磁盘。此外,该效应还可以为盘倾斜提供独特的约束,特别是如果盘靠近正面观察。
2019-07-05 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.SR
Rapid destruction of protoplanetary discs due to externalphotoevaporation in star-forming regions
我们分析了恒星形成区的N体模拟,以研究大质量恒星外部远紫外光蒸发对原行星盘的影响。通过改变模拟恒星形成区域的初始条件,如空间分布,净体积运动(维里比)和密度,我们调查哪些参数最影响光盘分散由于外部光蒸发的速率。我们发现,光盘分散由于外部光蒸发是更快的高度亚结构的恒星形成区域比在光滑和集中的地区。亚维里恒星形成区域发生坍缩也显示出比处于维里平衡或正在膨胀的区域更高的星盘分散率。在中等密度($\sim$ 100 M $_{\odot}$ pc $^{-3}$)区域,半径$\geq$ 100 AU的所有原行星盘中有一半在100万年内被光蒸发,比目前观测研究提出的速度快三倍。在低密度恒星形成区($\sim$ 10 M $_{\odot}$ pc $^{-3}$)的星盘存活时间更长,但一半的星盘仍然分散在较短的时间尺度上($\sim$ 2 Myr)。这表明恒星形成区的初始条件将极大地影响原行星盘的演化和寿命。这些结果也意味着,要么气体巨星行星形成是非常迅速的,发生在盘的气体成分被蒸发之前,要么气体巨星只形成在低密度的恒星形成区域,那里没有大质量恒星存在,以从原行星盘中光蒸发气体。
2019-02-28 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.SR
An unbiased ALMA spectral survey of the LkCa 15 and MWC 480 protoplanetary disks
原行星盘的挥发性物质既为行星化学的研究提供了可能性,也为确定盘系统的特征(如恒星质量、气体质量、电离和温度结构)提供了有价值的探针。然而,目前的磁盘分子库存是支离破碎的,给出了一个不完整的画面:需要无偏的谱线调查,以评估挥发物含量。在这里,我们提出了这样的调查的原行星盘周围的赫比格Ae星MWC 480和金牛座T星LkCa 15 ALMA波段7,跨越$\sim$ 36 GHz的275- 317 GHz的灵敏度比以前的单碟调查的数量级增加。我们在原行星盘中发现了14种分子种类(包括同位素体),其中5种(C $^{34}$ S、$^{13}$ CS、H $_{2}$ CS、DNC和C $_2$ D)为首次发现。在MWC~480和LkCa~15的分子清单中观察到显着差异,我们讨论了如何根据这两个磁盘系统的不同物理条件来解释这些结果。
2020-06-29 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.SR
Global Protoplanetary Disk Simulations: Dead Zone Formation and FUor Outbursts
采用自适应Shakura-Sunyaev α公式模拟了原行星盘的分层结构,并从分子云的坍缩阶段开始,对原行星盘的演化进行了全球流体动力学模拟。随着模型参数的规范值,自洽死区形成在几个au的规模。在模拟中还观察到与死区和相应的爆发相关联的不稳定性,类似于FUor喷发。
2020-02-12 astro-ph.EP astro-ph.SR
Emergence of Protoplanetary Disks and Successive Formation of Gaseous Planets by Gravitational Instability
我们使用电阻磁流体动力学模拟与嵌套网格技术来研究形成的原行星盘周围的原恒星从分子云的核心,提供了现实的环境,行星形成。我们发现,气态行星质量的物体形成在早期的演化阶段的重力不稳定性的区域,是从磁场解耦和周围的注入点的磁流体流出在形成阶段的原行星盘。磁退耦使大质量盘形成,这些盘受到引力不稳定性的影响,即使在~ 10 AU。在盘中频繁形成行星质量的物体暗示了构建混合行星形成场景的可能性,其中岩石行星后来在原行星盘中的巨行星的影响下形成。
2010-06-29 astro-ph.EP astro-ph.SR
Investigating the Relative Gas and Small Dust Grain Surface Heights in Protoplanetary Disks
原行星盘中的尘埃从小尘埃颗粒到卵石的演化是行星形成过程的关键。原行星盘中的气体应该会影响小尘埃颗粒的垂直分布($\sim$ 1 $μm$),利用近红外偏振光和毫米波观测资料,测量了三个原行星盘IM Lup,HD 163296,和HD 97048(CU Cha)。对于两个系统,IM Lup和HD 163296,$^{12}$ CO气体和小尘埃颗粒在小半径的恒星有类似的高度,但在较大的半径($>$ 100 au)的尘埃颗粒散射表面高度低于$^{12}$ CO气体排放表面高度。在HD 97048的情况下,小尘埃颗粒散射表面在所有半径处具有与$^{12}$ CO气体发射表面相似的高度。我们运行了一个原行星盘辐射转移模型的一般原行星盘与TORUS,并表明有没有观察到的散射表面和$^{12}$ CO发射表面之间的差异。我们还对系统进行了分析建模,发现大于100的气尘比可以解释在IM Lup和HD 163296中观察到的差异。这是对原行星盘中气体和小尘埃颗粒高度分布观测的首次直接比较。未来需要对气体排放和近红外散射光仪器进行观测,以在其他原行星盘中寻找类似的趋势。
2021-04-15 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
Photoevaporation of Grain-Depleted Protoplanetary Disks around Intermediate-Mass Stars: Investigating Possibility of Gas-Rich Debris Disks as Protoplanetary Remnants
碎片盘通常被认为是没有气体的系统,但最近的(亚)毫米观测发现了数十个富含气体的系统。气体成分的来源仍然不清楚,也就是说,它可能是原行星遗迹和/或来自大型天体的次级产物。为了成为原行星的起源,母体原行星盘的气体成分需要在$\gtrsim10{\,\rm Myr}$中存活下来。然而,以前的模型预测$\lesssim 10{\,\rm Myr}$的寿命,因为有效的光蒸发在后期阶段的磁盘演变。在本研究中,我们调查光蒸发的气体丰富,光学薄磁盘周围的中等质量的恒星在后期阶段的磁盘演变。演化的系统被建模为那些辐射力足够强,不断吹出小颗粒($\lesssim 4 {\,\rm μm}$),这是一个重要的组成部分,通过恒星远紫外线(FUV)诱导的光电加热驱动光蒸发。我们发现,晶粒耗尽减少光电加热,使FUV光蒸发不被激发。极紫外(EUV)光蒸发是主要的,并且产生$2$ - $5\times10^{-10}(Φ_{\rm EUV}/10^{41}{\,\rm s}^{-1})^{1/2}\,M_\odot\,{\rm yr}^{-1}$的质量损失率,其中$Φ_{\rm EUV}$是EUV发射率。气体成分的估计寿命是$\sim 50 (M_{\rm disk}/10^{-2}\,M_\odot)(Φ_{\rm EUV}/10^{41}\,{\rm s}^{-1})^{1/2}\,{\rm Myr}$,取决…
2021-05-24 astro-ph.EP astro-ph.SR
The unexpected narrowness of eccentric debris rings: a sign of eccentricity during the protoplanetary disc phase
这篇论文表明,在北落师门和HD 202628恒星周围看到的偏心碎片环比标准偏心行星扰动情景(有时称为“近心辉光”)中预期的要窄。标准的假设是在半长轴$a$上有一个最初的圆形和狭窄的星子带,在气体盘被来自偏心行星的长期扰动分散后,其偏心率增加到$e_f$,导致宽度为$2ae_f$的带。在这个假设的一个小修改中,如果微行星最初是偏心的,可能会出现较窄的带,这可能是由于在富含气体的原行星盘阶段早期的行星扰动。然而,原始偏心率也可能是由增加圆盘偏心率的不稳定性引起的,而不需要任何行星。这些场景是否会在原行星盘中产生可检测到的偏心环尚不清楚,但他们仍然预测在原行星盘中的气体分散之前,应该存在狭窄的偏心星子环。PDS 70被认为是一个拥有不对称原行星盘的系统,它可能是偏心碎片环系统的前身。
2020-05-28 astro-ph.EP astro-ph.SR
From Pebbles and Planetesimals to Planets and Dust: the Protoplanetary Disk--Debris Disk Connection
在原行星盘中观察到的碎片盘和突出环的轨道距离和探测率相似,这表明这些结构之间存在潜在的联系。我们用新的计算方法探索这种联系,这些计算方法遵循鹅卵石和微行星环的演变,因为它们成长为行星并产生尘埃碎片。根据初始固体质量和微行星形成效率,计算结果预测了产生的行星质量和伴随的碎片特征的不同结果。当与碎片盘的发病率作为光度和时间的函数进行比较时,模型结果表明,已知的明亮冷碎片盘的人口可以用固体环来解释,这些固体环具有为原行星盘环推断的(高)初始质量和与当前的星子形成理论相一致的适度的星子形成效率。这些结果支持了大的原行星盘环演化为已知的冷碎片盘的可能性。推断出的强大的演化联系原行星盘与大环和成熟的恒星与冷碎片盘意味着剩余的大多数人口的低质量的恒星与紧凑的原行星盘留下的大半径的残留固体只有适度的质量,并主要发展成成熟的恒星没有超过30 au的可检测的碎片。这里概述的方法说明了如何将观测与详细的固体演化模型相结合,强烈地约束了盘固体的全球演化和基本的物理参数,如星子形成的效率和原行星盘中可能存在的看不见的固体水库。
2021-11-11 astro-ph.EP astro-ph.SR
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
Evidence that the Hot Jupiter WASP-77 A b Formed Beyond Its Parent Protoplanetary Disk's H2O Ice Line
理想化的原行星盘和巨行星形成模型被解释为,巨行星的大气丰度可以用来推断其在其母原行星盘中的形成位置。最近有报道称,热木星WASP-77 A b具有太阳大气层下的碳和氧丰度,具有太阳的C/O丰度比。假设它的主星WASP-77 A的太阳碳和氧丰度,WASP-77 A b的大气碳和氧丰度可能表明它从贫碳气体中将其包层内部吸积到其母原行星盘的H2O冰线,随后几乎没有星子吸积或核心侵蚀。我们全面建模WASP-77 A,并使用我们的结果来更好地表征WASP-77 AB。我们发现,在WASP-77 A的光球碳和氧的丰度是超太阳的亚太阳的C/O丰度比,这意味着WASP-77 AB的大气具有显着的亚恒星的碳和氧丰度与超恒星的C/O比。我们的结果可能表明WASP-77 AB的包层是被行星吸积在其母原行星盘的H2O冰线之外的。虽然这些理想化模型的许多理论复杂性现在已经被确定,非太阳原行星盘丰度比的可能性甚至混淆了最复杂的原行星盘和巨型行星形成模型。因此,我们认为,巨行星大气丰度比只能有意义地解释相对于可能的非太阳平均组成的父母原行星盘记录在光球丰度的太阳型矮宿主恒星。
2022-02-01 astro-ph.EP astro-ph.SR
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
Tracing the large-scale magnetic field morphology in protoplanetary disks using molecular line polarization
磁场是原行星盘吸积动力学的基础,它们可能影响行星形成。研究磁场形态的典型方法是观察尘埃的偏振或谱线。然而,它最近变得很清楚,尘埃偏振在ALMA的光谱制度并不总是忠实地跟踪磁场结构的原行星盘,这使得谱线偏振作为一个有前途的方法映射的磁场形态的来源。我们的目标是模拟出射偏振的不同分子线在ALMA波长制度,激发在原行星盘。我们探讨了各种磁盘模型和分子,以确定这些属性,有利于出现的极化谱线,因此可能是可行的用于磁场测量的原行星盘。我们将PORTAL与LIME结合使用。它们一起使我们能够处理复杂的三维物理和磁场结构的极化线辐射转移。我们提出了模拟的出现谱线偏振的不同分子和分子跃迁的ALMA波长制度。我们发现在高密度下热化的分子,如HCN,也最容易受到极化的影响。我们发现,这样的分子预计将显着极化的原行星盘,而分子,热化在低密度,如CO,只有显着极化的外盘区域。我们提出了模拟极化地图的范围内的倾角和磁场形态,我们评论的观测可行性ALMA线极化观测的原行星盘。
2021-11-09 astro-ph.EP astro-ph.SR
Catastrophic events in protoplanetary disks and their observational manifestations
使用ALMA干涉仪对具有高角分辨率的原行星盘进行的观测表明,在它们的图像中经常可以看到环形结构,这表明盘中存在强烈的扰动。它们的形成机制在文献中有生动的讨论。这篇文章表明,这种结构的形成可能是大型天体(微行星和行星胚胎)的破坏性碰撞的结果,伴随着大量尘埃颗粒的形成,以及随后以这种方式形成的尘埃云的演变。
2019-12-27 astro-ph.EP astro-ph.SR
Extinction values towards embedded planets in protoplanetary disks estimated from hydrodynamic simulations
本研究结合流体动力学模拟与尘埃、气体观测约束,估算原行星盘内嵌行星在多类滤光片下的消光图,并给出三种巨行星质量下随轨道间距和盘质量变化的标度关系。
2024-04-08 astro-ph.EP astro-ph.SR
From Birth to Death of Protoplanetary Disks: Modeling Their Formation, Evolution, and Dispersal
研究了原行星盘的形成、演化和消散过程,并估算了盘的寿命。前恒星核心的引力坍缩形成了中心恒星和原行星盘。中心恒星通过吸积从盘中成长,中心恒星的辐射加热盘并产生热风,导致盘分散。我们计算了原行星盘从其母星前核到盘分散的演化过程。我们发现,典型的前星核的磁盘寿命约为2- 4百万年(百万年)。具有高角动量的前恒星核心形成一个较大的圆盘,其寿命很长,而围绕X射线发光恒星的圆盘寿命很短。将星前核在不同质量和角速度下的盘寿命与年轻恒星的X射线光度积分,得到了给定恒星年龄下的盘分数和盘的平均寿命。我们的模型表明,原行星盘的平均寿命为3.7百万年,这与观测估计的年轻星团。我们还发现,需要分散的X射线光度再现所观察到的磁盘分数。
2016-11-21 astro-ph.EP astro-ph.SR
Impact of magneto-rotational instability on grain growth in protoplanetary disks: II. Increased grain collisional velocities
湍流是原行星盘中各种尺寸颗粒碰撞速度的主要来源。尽管有证据表明原行星盘中的湍流可能是非柯尔莫哥洛夫湍流,但到目前为止,只有柯尔莫哥洛夫湍流被考虑用于计算颗粒碰撞速度。在这项工作中,我们提出了计算颗粒碰撞速度的任意湍流模型,其特征在于幂律谱和确定的三个无量纲参数:斜率的动能谱,斜率的自相关时间,和雷诺数。我们的研究结果的影响说明了不同的湍流模型的晶粒尺寸演化的数值模拟。我们发现,对于Iroshnikov-Kraichnan湍流和由磁旋转不稳定性引起的湍流,小颗粒的碰撞速度远大于标准Kolmogorov湍流。这导致原行星盘外部区域的颗粒更快凝聚,导致毫米波长的尘埃不透明度迅速增加,并可能促进非常年轻的盘中的行星形成。
2021-06-17 astro-ph.EP astro-ph.SR
On the crystallinity of silicate dust in evolving protoplanetary disks due to magnetically driven disk winds
我们提出了一种新的机制向外运输的结晶尘埃颗粒:向外径向漂移的卵石。尘埃环结构是原行星盘中常见的结构。尘埃环形成的合理机制之一是在压力最大值附近积聚卵石,这是由磁驱动盘风造成的质量损失形成的。在演化中的原行星盘由于磁驱动盘风,尘埃颗粒可以从结晶前向外迁移到压力最大的径向漂移。我们发现,当径向漂移时间尺度短于平流时间尺度时,向外的径向漂移过程可以有效地输送结晶尘埃颗粒。我们的模型预测,硅酸盐尘埃颗粒的结晶度可以高达100%的尘埃环内的位置。
2021-07-18 astro-ph.EP astro-ph.SR
Chemical signatures of a warped protoplanetary disc
如果有一颗恒星或行星的伴星的轨道与星周盘不重合,星周盘可能会扭曲或破裂成不同的平面。有越来越多的观测证据表明,原行星盘具有未对准的内盘和扭曲,这可能是由于与以前未被发现的同伴的相互作用造成的,这给了我们一个诱人的迹象,表明那里可能形成行星。流体动力学和辐射转移模型表明,由于盘表面面对恒星的可变角度,温度在翘曲盘的方位角上变化,这会影响盘的化学性质。我们基于原行星盘的流体动力学模型进行化学建模,其中嵌入的行星以12 $^{\circ}$的倾角绕盘运行。即使对于这种小的未对准,包括CO和HCO $^+$的物质的丰度也在方位角上变化,这导致亚毫米线发射中可检测的方位角变化。因此,线发射的方位角变化可能表明存在一个看不见的嵌入式同伴。在解释扭曲或阴影的原行星盘的分子线图时,应考虑非轴对称的化学丰度。
2021-06-04 astro-ph.EP astro-ph.SR
Gas- and dust evolution in protoplanetary disks
上下文目前关于原行星盘中尘埃的大小和径向演化的模型通常过于简化了盘的径向演化(通过聚焦在一个单一的半径或通过使用稳态盘模型),或者它们假设粒子生长以单分散或无碎裂的方式进行。对原行星盘的进一步研究--如观测、盘化学和结构计算或行星种群合成模型--取决于尘埃的分布,尘埃的分布是盘中颗粒大小和径向位置的函数。目标。我们试图改进现有的模型,以便能够研究初始条件,建立阶段,以及原行星盘的演变如何影响尘埃的生长和运输。方法.我们引入了Brauer等人(2008)模型的一个新版本,其中我们现在包括了随时间变化的气体盘粘性演化,并在其中实现了更先进的输入物理和数值积分方法。结果我们发现,颗粒的性质,气体压力梯度,和湍流的量更影响尘埃的演变比初始条件或建立阶段的原行星盘。我们量化了哪些条件或环境有利于超过米尺寸障碍的增长。高的气体表面密度或带状流动可能有助于克服径向漂移的问题,然而,少量的湍流已经对晶粒生长造成了更大的障碍。
2010-02-01 astro-ph.EP astro-ph.SR
Three-dimensional magnetic field imaging of protoplanetary disks using Zeeman broadening and linear polarization observations
针对原行星盘磁场难以直接探测的问题,研究塞曼效应对谱线展宽及线偏振的影响,开发简化辐射传输模型并验证其可靠性,提出提取磁场信息的方法,指出该方法的优势并修正现有环向磁场强度上限。
2023-04-14 astro-ph.EP astro-ph.SR
Hybrid methods in planetesimal dynamics: Formation of protoplanetary systems and the mill condition
原行星盘的形成和演化从理论和数值的角度来看仍然是一个挑战。在这项工作中,我们首先进行了一系列的测试,我们的新的混合算法提出的Spurchke,Amaro-Seoane和Spurzem 2011年(以下论文I),结合了直接求和N体方法的高精度与统计描述的星子盘基于福克-普朗克技术的优势。然后,我们解决行星的形成,重点是从星子形成原行星。我们发现,该系统的演变是由遭遇以及直接碰撞驱动的,需要仔细建模的速度色散和尺寸分布的演变在很大的尺寸范围内。模拟结果表明,由于间隙的形成,原行星吸积没有终止,因为星子的分布只受到很小的波动。我们还表明,这些功能是弱相关的原行星的位置。不同的冲击强度的探索表明,碎裂主要控制的整体质量损失,这是不太明显的早期失控增长。我们证明,碎片结合有效去除碰撞碎片的气体阻力设置一个普遍的上限的原行星质量的函数的距离的宿主恒星,我们称之为轧机条件。
2013-01-16 astro-ph.EP astro-ph.SR
The Dispersal of Protoplanetary Disks
原行星盘是行星形成的场所,这些盘的演化和最终的消散强烈影响着行星系的形成。在行星形成时期的气盘演化是由风引起的吸积和质量损失驱动的,在典型的环境中,来自中央恒星的高能辐射的光蒸发可能主导最终的气盘扩散。我们对当前的理论模型进行了批判性的回顾,并讨论了用于测试这些模型的观测结果,并为我们对底层物理的理解提供了信息。我们还讨论了盘扩散在形成行星系中的作用,考虑了它对行星形成过程和行星系结构的影响。最后,我们提出了一个示意图的原行星盘演化和分散,并讨论了未来的工作前景。
2013-11-07 astro-ph.EP astro-ph.SR
An Introduction to Dust Evolution and Vertical Transport in Protoplanetary Disks
本教程介绍了原行星盘中尘埃演化与垂直传输的观测研究,阐述多波长空间分辨观测如何推断尘埃分布与性质,并描述推断不同示踪物尘埃性质及垂直高度的方法以助初学者入门。
2025-09-12 astro-ph.EP astro-ph.SR
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
Evolution of porous dust grains in protoplanetary discs -- I. Growing grains
行星形成的一个主要问题是所谓的径向漂移障碍,它阻碍了小尘埃成长为星子。厘米到分米大小的卵石被认为在原行星盘上径向漂移的速度比它们长大的速度要快,因此会丢失到恒星中。为了克服这一障碍,漂移必须减慢或停止,或者需要加速生长。在本文中,我们调查的作用,孔隙度的漂移和增长。我们已经开发了一个模型,孔隙度的演变过程中的晶粒生长,并将其应用到原行星盘的数值模拟。我们发现,多孔晶粒的生长速度更快,使他们能够过渡到斯托克斯阻力制度,从气体中解耦,并生存的径向漂移障碍。在圆盘的大面积上,由多孔尘埃直接形成小的星子是可能的。
2020-03-21 astro-ph.EP astro-ph.SR
Natural separation of two primordial planetary reservoirs in an expanding solar protoplanetary disk
陨石显示非碳(NC)和碳(CC)组之间的同位素组成二分法,表明在太阳原行星盘的星子形成发生在两个不同的水库。流行的观点是,一个快速形成的木星充当了这些水库之间的屏障。在这个模型中,我们发现了一个根本的不一致:如果木星是一个有效的漂流卵石块,那么内部NC水库耗尽径向漂移几十万年。如果木星让物质通过它,那么这两个水库将混合。相反,我们证明了到达的CC卵石在内盘延迟了几百万年的粘性膨胀的原行星盘。我们的研究结果支持木星形成于外盘(>10 AU),并允许相当数量的CC物质通过它,并被类地行星吸积。
2022-04-22 astro-ph.EP astro-ph.SR
The Structure and Evolution of Protoplanetary Disks: an infrared and submillimeter view
星周盘是行星形成的场所,太阳系外行星的高发生率意味着它们中的大多数实际上形成了行星系。因此,研究原行星盘的结构和演化可以对与行星形成过程相关的条件、时间尺度和机制提出重要的限制。在这篇综述中,我们讨论了红外和亚毫米波研究的观测结果。我们回顾磁盘的寿命,过渡对象,磁盘人口统计,并强调了一些显着的结果从ALMA早期科学观测。最后,我们简要讨论了ALMA在不久的将来改变该领域的潜力。
2015-10-03 astro-ph.EP astro-ph.SR
The Role of Disk Winds in the Evolution and Dispersal of Protoplanetary Disks
行星系的组装和结构在很大程度上取决于控制原行星盘演化和分散的物理过程。自原恒星和行星VI以来,新的观测和理论见解支持盘风是这些关键过程之一。本章提供了一个全面的审查,最近的观测探测流出的气体在一个范围广泛的磁盘半径的演变阶段,使风如何演变的经验性的理解。同时,我们回顾了磁流体动力学和光蒸发盘风模型的理论进展,并确定预测,可以面对的意见。通过理论和观测的结合,我们批判性地评估了盘风在原行星盘演化和扩散中的作用。最后,我们探讨了盘风对行星形成和演化的影响,并强调了未来进展的理论工作,观测和关键测试。
2022-03-18 astro-ph.EP astro-ph.SR
Simulation of Thermal Surface Waves in a Protoplanetary Disk in a Two-Dimensional Approximation
理论模型预测,恒星辐射被原行星盘表面的不规则性所遮蔽,会导致自发波向恒星传播。然而,这一过程传统上是使用1+1D方法模拟的,其中的关键近似值-垂直流体静力平衡盘和垂直扩散的红外辐射-可以扭曲的图片。本文提出了一个轴对称气尘盘演化的二维辐射流体力学模型。在这个模型中,但使用简化的假设从1+1D模型,我们再现了热表面波的自发产生和传播。我们的工作的关键结论是,考虑到二维流体力学和红外辐射的扩散抑制了在1+1D近似下观察到的热波的自发产生和发展。通过研究原行星盘的各种参数问题,应继续探索表面热波存在的可能性。
2022-11-09 astro-ph.EP astro-ph.SR
Simulations of thermal surface waves in a protoplanetary disk using 1+1D approximation
中央恒星的加热是决定原行星盘物理结构的关键因素之一。由于在径向上的光学厚度很大,盘的中平面区域被来自盘表面(大气层)的红外辐射加热,而后者又被恒星直接加热。以前的研究表明,圆盘表面的不均匀性对恒星辐射的拦截会导致向恒星传播的扰动。在这项工作中,我们调查的发生这种波的详细1+1D数值模型的原行星盘。我们证实了以前的研究结果,在磁盘,这是光学厚自己的辐射,表面扰动确实发生,并向恒星传播。然而,与一些分析预测相反,在足够大的磁盘热波只影响上层没有显着的温度波动的中平面。我们的研究结果表明,需要研究这种不稳定性更一致的流体动力学模型。
2022-03-13 astro-ph.EP astro-ph.SR
Self-Sustaining Vortices in Protoplanetary Disks: Setting the Stage for Planetary System Formation
行星形成的核心吸积方案假设星子和行星胚胎是在原行星盘的原始气态阶段形成的。然而,尘埃颗粒如何克服传统的生长障碍还不清楚。最近提出的粘性环不稳定性可以解释在原行星盘中观察到的同心环,假设尘埃颗粒可以降低气体的电导率,从而削弱磁旋转不稳定性。我们提出了一个分析这个模型的帮助下,基于GPU的数值流体动力学模拟耦合气体和尘埃在薄盘限制。在盘的演化过程中,尘埃环变得Rossby不稳定,并分裂成一连串的小尺度涡旋。涡旋形成长期稳定的尘埃结构,这可能是通过流动不稳定性以及直接的引力坍缩形成星子的场所。自维持涡旋现象与系外行星的观测约束相一致,为行星系的形成提供了有利的环境。
2021-07-19 astro-ph.EP astro-ph.SR
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
Two-fluid dusty shocks: simple benchmarking problems and applications to protoplanetary discs
尘埃在星际介质中扮演的关键角色促使了数值代码的发展,这些代码旨在研究尘埃和气体在湍流分子云和原行星盘等系统中的耦合演化。尘埃和气体之间的漂移已被证明是重要的,以及数字上的挑战。我们提供了简单的基准测试问题的含尘气体代码通过数值求解双流体粉尘气体方程稳定,平面平行冲击波。这些方程的两个不同的激波解允许数值代码测试两种流体之间不同形式的阻力,阻力的强度和尘埃与气体的比例。我们还提供了一个天体物理应用J型尘埃气体冲击研究吸积冲击到原行星盘的结构。我们发现,两种流体的影响是最重要的晶粒大于1微米,并在吸积冲击的尘埃温度峰值提供了一个签名的尘埃-气体比的下落材料。
2016-12-30 astro-ph.GA astro-ph.SR
Protoplanetary disk size under non-ideal magnetohydrodynamics: A general formalism with inclined magnetic field
针对磁灾变阻碍开普勒盘形成的问题,本研究提出一个同时考虑垂直场和水平场的新模型,以探讨倾斜磁场和非理想磁流体力学效应对原行星盘大小的影响。
2024-01-05 astro-ph.EP astro-ph.SR
First Detection of the Simplest Organic Acid in a Protoplanetary Disk
小行星、彗星和行星的形成发生在恒星形成的早期阶段的原行星盘内部。因此,该盘的化学成分可能会塑造正在形成的行星系统的性质。在这种情况下,关键是要了解是否以及什么有机分子在磁盘中合成。在这封信中,我们报告了第一次检测到甲酸(HCOOH)对TW长蛇座原行星盘。用ALMA在129~GHz对trans-HCOOH 6 $_{(1,6)-5(1,5)}$跃迁进行了观测.我们测量了$\sim$(2-4)$\times$ 10 $^{12}$ ~cm $^{-2}$的圆盘平均气相t-HCOOH柱密度,即与甲醇的密度一样大。HCOOH是第一个在原行星盘中发现的含有两个氧原子的有机分子,这证明了有机化学非常活跃,尽管在这些物体中很难观察到。具体来说,这种最简单的酸是合成地球上生命所使用的更复杂的羧酸的基础。
2018-07-16 astro-ph.GA astro-ph.SR
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
Protoplanetary disk lifetimes vs stellar mass and possible implications for giant planet populations
我们利用附近年轻恒星形成区的大量年轻恒星样本,研究了原行星盘演化对恒星质量的依赖性。我们更新了我们最近的工作(本系列的论文I)中提出的原行星盘分数,这些分数是从1到1亿年的22个附近(< 500 pc)的星协导出的。我们使用一个子样本的1428光谱确认的成员,研究恒星质量对原行星盘演化的影响。我们把这个样本分为两个恒星质量箱(2 M $_{\odot}$边界)和两个年龄箱(3百万年边界),并使用红外线过度的光球发射分类对象分为三组:原行星盘,进化盘,无盘。均匀分析和偏倚校正允许对所得结果进行统计学显著性相互比较。我们发现强大的统计证据磁盘演化与恒星质量的依赖。我们的研究结果,结合以前的研究磁盘的演变,确认原行星盘演变更快和/或更早的高质量(> 2 M $_{\odot}$)的恒星。我们还发现了一个大致恒定的水平,在整个年龄和恒星质量谱的演变盘。我们得出结论,原行星盘的演化依赖于恒星质量。这种依赖性可能对气体巨行星形成和迁移有重要的影响,并有助于解释大质量恒星周围热彗星的明显缺乏。
2015-02-05 astro-ph.SR
A new method for direct measurement of isotopologue ratios in protoplanetary disks: a case study of the $^{12}$CO/$^{13}$CO ratio in the TW Hya disk
行星系统被认为诞生于原行星盘中。同位素比值是研究从分子云经原行星盘到行星系统的物质起源和演化的有力工具。然而,测量同位素(同位素体)比是具有挑战性的,特别是在原行星盘中,因为主要物种的发射线是饱和的。我们开发了一种新的方法来克服这些挑战,通过使用热加宽引起的光学细线翼。作为该方法的第一个应用,我们分析了两个一氧化碳同位素线,$^{12}$ CO $3-2$和$^{13}$ CO $3-2$,从档案观测TW Hya周围的原行星盘与阿塔卡马大毫米/亚毫米阵列。在盘半径为${ 70-110}$ au时,$^{12}$ CO/$^{13}$ CO的比值估计为${ 20\pm5}$,明显小于在本星际介质$\sim69$中观测到的值。这意味着在低温环境中与$\rm C/O>1$发生同位素交换反应。相反,它建议$^{12}$ CO/$^{13}$ CO是高于$\sim{ 84}$在外盘($r > { 130}$ au),这可以解释的尘埃颗粒和CO气体耗尽过程中的同位素的结合能的差异。我们的研究结果意味着,气相$^{12}$ CO/$^{13}$ CO可以变化的${ > 4}$的一个因素,即使在原行星盘,因此,可以用来跟踪磁盘中的材料演化。
2022-05-10 astro-ph.EP astro-ph.IM astro-ph.SR
Constraining X-ray-Induced Photoevaporation of Protoplanetary Disks Orbiting Low-Mass Stars
低质量主序星前的恒星由于其强烈的恒星磁活动而具有强烈的高能辐射场。这种恒星紫外线和X射线辐射可能对原行星盘的寿命产生深远的影响。我们的目标是约束X射线诱导的光蒸发率的原行星盘轨道低质量的恒星,通过分析偶然的XMM-牛顿和钱德拉X射线观测候选附近(D $<$ 100 pc),年轻(年龄$<$ 100百万年)M星在银河系附近的年轻恒星巡天(GALNYSS)。
2015-10-09 astro-ph.SR
Protoplanetary Disk Science with the Orbiting Astronomical Satellite Investigating Stellar Systems (OASIS) Observatory
OASIS(Orbiting Astronomical Satellite for Investigating Stellar Systems)是美国宇航局天体物理学MIDEX级任务概念,其目标是跟踪来自星系的水,通过原恒星系统,到达地球的海洋。本文详细介绍了OASIS可实现的原行星盘科学。OASIS的外差接收器套件允许对原行星盘内跨越大范围物理条件的水发射谱线进行同时的高光谱分辨率观测。这些观测将使我们能够绘制水蒸气在各个进化阶段的空间分布图,并评估水的重要性,特别是中面水雪线的位置,以行星形成。OASIS还将探测100多个盘中的H2同位素HD,从而最准确地确定迄今为止的总原行星盘气体质量。当与同期的水观测相结合时,HD探测还将使我们能够追踪水蒸气在各个演化阶段的演化。这些观测将使OASIS能够描述水分布的时间发展以及水在行星系形成过程中所起的作用。
2023-02-13 astro-ph.EP astro-ph.IM astro-ph.SR
Improving Planet Detection with Disk Modeling: Keck/NIRC2 Imaging of the HD 34282 Single-armed Protoplanetary Disk
巨行星形成于年轻恒星周围的原行星盘中,通过行星盘的相互作用,可以在其出生盘上留下螺旋和间隙等观测特征。虽然这些特征可以表明巨行星的存在,但原行星盘的信号可以压倒行星的固有光度。因此,为了对嵌入盘中的行星进行成像,有必要去除盘中的污染物,以揭示可能隐藏在其出生环境中的行星。我们观察和直接模拟检测磁盘在凯克/NIRC 2涡日冕$L'$ -带观测的单臂原行星盘周围HD 34282。尽管没有探测到HD 34282的伴星,但这种直接的磁盘建模提高了行星探测的灵敏度,在通量比和${\sim}10 M_{\rm Jupiter}$质量上提高了2倍。这表明,执行磁盘建模可以提高直接成像的行星检测极限在系统中的可见光散射光磁盘,并可以帮助更好地约束这些系统中的自发光行星的发生率。
2021-11-24 astro-ph.EP astro-ph.IM astro-ph.SR
Machine learning-accelerated chemistry modeling of protoplanetary disks
Max Planck Institute for Astronomy(马克斯·普朗克天文研究所);Institute of Astronomy, Russian Academy of Sciences(俄罗斯科学院天文研究所);Ludwig Maximilian University(路德维希·马克西米利安大学)
目标。随着大量的分子发射数据从(亚)毫米天文台和传入的詹姆斯韦伯太空望远镜红外光谱,获得快速前进模型的化学成分的原行星盘是至关重要的。方法.我们使用了热化学建模代码来生成一个不同的人口的原行星盘模型。我们训练了一个K-最近邻(KNN)回归器来即时预测其他磁盘模型的化学性质。结果我们表明,它是可以准确地再现化学只使用一小部分的物理条件,由于当地的物理条件之间的相关性,在采用原行星盘模型。我们讨论了这种方法的不确定性和局限性。结论.所提出的方法可用于贝叶斯拟合的线发射数据,以恢复磁盘的属性从观测。我们提出了一个管道复制相同的方法在其他磁盘化学模型集。
2022-09-27 astro-ph.EP astro-ph.IM astro-ph.SR
The Generalized Nonlinear Ohm's Law: How a Strong Electric Field Influences Non-ideal MHD Effects in Dusty Protoplanetary Disks
原行星盘的磁流体动力学(MHD)受到盘内气体电离率低的非理想MHD效应的强烈影响。由气体运动引起的强电场可以加热电离的气体粒子,从而可以影响盘中的电离平衡。我们以前的研究表明,在尘埃原行星盘中,欧姆电导率随着电场强度的增加而减小,直到盘气体发生电击穿。在这项研究中,我们将我们以前的工作扩展到更一般的情况下,电场和磁场影响等离子体粒子的运动,使我们能够研究等离子体加热对所有非理想MHD效应的影响:欧姆,霍尔和双极扩散。我们发现,即使在存在磁场的情况下,我们先前推导出的电流的上限也适用。虽然霍尔和双极电阻率可以随电场强度而增加或减少,这取决于带电尘埃颗粒的丰度,但欧姆电阻率总是随电场强度而增加。一个数量级的估计表明,原行星盘内部气体运动产生的大规模电流可能超过上限。这意味着内盘的MHD运动,例如由霍尔剪切不稳定性驱动的运动,可能被抑制或触发电击穿(闪电放电)。这可能对原行星盘内部的气体吸积和球粒形成具有重要意义。
2019-05-08 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.plasm-ph
Observational diagnostics of gas in protoplanetary disks
原行星盘主要由气体组成(99%的质量)。然而,相对较少的观测约束存在的气体在磁盘。在这篇评论中,我讨论了几个观测诊断的紫外线,光学,近红外,中红外,(分)毫米波长已被用来研究气体的磁盘中的年轻恒星物体。我专注于探测圆盘内部20 AU的诊断,这是行星有望形成的区域。我讨论了每种气体示踪剂的潜力和局限性,并对未来的研究提出了展望。
2009-11-11 astro-ph.SR
Resolving Protoplanetary Disks at Millimeter Wavelengths by CARMA
我们目前在1.3和2.7毫米的连续观测使用毫米波天文学研究组合阵列(CARMA)对金牛座分子云中的6个原行星盘:CI Tau,DL Tau,DO Tau,FT Tau,Haro 6-13和HL Tau。我们使用两种盘模型:耀斑幂律盘模型和耀斑吸积盘模型,用贝叶斯推断来约束盘的物理性质。比较物理性质,我们发现,更广泛的磁盘是少耀斑和尘埃不透明度光谱指数(β)是较小的,在质量较小的磁盘。此外,具有陡峭的中平面密度梯度的盘具有较小的β,这表明晶粒生长并径向移动。此外,我们定量地比较了这两个盘模型,发现吸积盘模型提供了一个更好的整体拟合。我们还讨论了三个扩展的原行星盘上亚结构的可能性。
2015-06-11 astro-ph.SR
Protoplanetary disks of TTauri binaries in Orion: Prospects for planet formation
年轻的低质量恒星周围布满尘埃的原行星盘是行星的诞生地。对这种盘的演化时间尺度的研究,为行星形成的时间尺度提供了重要的限制。然而,双星伴星可以通过潮汐相互作用影响星周盘的演化。为了追踪年轻双星系统中的原行星盘及其性质,以及研究双星性对星周盘寿命的影响,我们对猎户座星云团中的几个低质量双星进行了空间分辨光谱研究。Br $_γ$发射,我们在几个系统中检测到,被用作示踪剂的存在下,一个活跃的吸积盘周围的一个二进制组件。我们发现了一个积极的吸积secondaries的缺乏,因此,证据表明,在一个二元系统中,它是较低的质量组件,其磁盘更快地分散。
2009-12-09 astro-ph.SR
Direct Imaging of Bridged Twin Protoplanetary Disks in a Young Multiple Star
研究原行星盘的结构和演化对于理解恒星和行星形成具有重要意义。在这里,我们提出了一个相互作用的二元原行星系统的直接图像。在近红外光谱中,主星和次星周围的星盘都得到了分辨。有一个红外线发射桥连接两个磁盘和一个长的螺旋臂从环主盘延伸。数值模拟表明,这座桥对应于气体流和围绕主星和伴星旋转的气体碰撞产生的激波。新鲜物质沿旋臂流动,这与天然气从环多储层补充的理论情景一致。
2010-07-06 astro-ph.SR
Consistent dust and gas models for protoplanetary disks IV. A panchromatic view of protoplanetary disks
原行星盘的一致性建模需要同时解决连续和线辐射转移,尘埃和气体之间的加热/冷却平衡,当然,化学。这种模型依赖于全色观测,可以提供对原行星系统的物理和化学特性以及能量平衡的完整描述。沿着这些线,我们提出了一个均匀的,全色收集的数据样本的85 T金牛座和赫比格Ae对象的数据覆盖范围从X射线到厘米波长。数据集包括光度测量、光谱以及来自数据分析的结果,例如来自原子和分子跃迁的线通量。由源的建模产生的附加属性,例如盘质量和形状参数。为了完整性,还提供了灰尘尺寸和多环芳烃属性。根据其属性数据可用性选择目标。来自50多个不同望远镜和设施的数据被检索并直接从公共数据档案中或从100多篇已发表的文章中提取后合并为同质数据集。56个源的子集的X射线数据是一个例外,因为它们是从零开始减少的,并且是第一次在这里呈现。汇编的数据集以及连续体和排放线模型的子集存储在专用数据库中,并通过公开访问的在线系统分发。所有数据集都包含元数据描述符,允许将其回溯到其原始资源。在线系统的图形用户界面允许用户直观地检查单个对象,但也可以在数据集和模型之间进行比较。它还为用户提供了下载任何存储数据和元数据以进行进一步处理的可能性。
2019-02-28 astro-ph.SR
An opening criterion for dust gaps in protoplanetary discs
我们的目标是了解在何种条件下,一个低质量的行星可以在粘性尘埃原行星盘中打开一个缺口。为此,我们扩展了尘埃径向漂移理论,包括嵌入式行星的潮汐和气体粘性力的贡献。从这种形式主义,我们得到i)一个晶粒尺寸依赖的标准,在光盘中的尘埃间隙开口,ii)的估计的位置的外边缘的尘埃间隙和iii)的最小斯托克斯数的估计,在该数字以上的低质量的行星能够雕刻的差距,只出现在尘埃盘。这些分析性的估计特别有助于评估在长波长和高分辨率下观察到的圆盘中雕刻间隙的假设行星的最小质量。我们验证的理论对3D SPH模拟的行星盘的相互作用在广泛的尘埃原行星盘。我们发现一个显着的协议之间的理论模型和数值实验。
2017-05-19 astro-ph.SR
Simulated Observations of Young Gravitationally Unstable Protoplanetary Discs
原行星盘的形成和最早期的阶段仍然缺乏观测的限制。ALMA将很快彻底改变这一领域。因此,重要的是提供预测,这将是有价值的解释未来的高灵敏度和高角分辨率观测。在这里,我们提出了模拟ALMA观测的基础上辐射转移建模的一个相对巨大的(0.39 M太阳)自引力盘嵌入在10 M太阳致密的核心,与结构类似的前恒星核心L1544。我们的重点是简单的物种,并得出结论,C17 O 3-2,HCO+ 3-2,OCS 26-25和H2 CO 404-303线可以用来探测光盘结构和运动学在所有尺度。
2013-05-16 astro-ph.SR