Disentangling protoplanetary disk gas mass and carbon depletion through combined atomic and molecular tracers
原行星盘的总气体质量和元素C,N,O组成是我们理解行星形成的关键因素。测量气体质量是复杂的,因为H $_2$不能在盘的冷块中检测到,并且在所有盘模型中,相对于氢的元素丰度随气体质量简并。我们提出了新的NOEMA观测CO,$^{13}$ CO,C $^{18}$ O和光学薄C $^{17}$ O $J$ =2-1线,并使用额外的高角分辨率阿塔卡马大毫米阵列毫米连续谱和CO数据来构建一个代表性的LkCa 15模型。最能限制气体质量和碳丰度的跃迁是C $^{17}$ O 2-1、N ${_2}$ H $^+$ 3-2和HD 1-0。使用这三种分子,我们发现LkCa 15盘中的气体质量是$M_\mathrm{g}=0.01 ^{+0.01}_{-0.004} M_{\odot}$,比以前估计的低六倍。碳丰度为C/H =($3 \pm 1.5) \times10^{-5}$),这意味着元素碳的中度消耗为3-9倍。所有其他分析的转换也同意这些数字,在一个因素的建模不确定性。使用解析的\ce{C2H}图像,我们发现C/O比为$\sim$ 1,这与该盘中H $_2$ O耗尽的文献值一致。LkCa 15盘中缺乏严重的碳消耗与盘的年轻年龄一致,但与较老的冷过渡盘中看到的更高的消耗形成对比。结合光学薄CO同位素线与N $_2$ H $^+$有望打破气体质量和CO丰度之间的简并性。这个来源与冷,但年轻的磁…
2022-09-19 astro-ph.EP astro-ph.GA
CO Depletion in Protoplanetary Disks: A Unified Picture Combining Physical Sequestration and Chemical Processing
在原行星盘中的气相CO丰度(相对于氢)从其ISM值${\sim}10^{-4}$降低了2个数量级,即使在考虑了冻结和光解离之后。先前的研究表明,虽然CO的局部化学处理和中平面中固体上的CO冰的封存都可以做出贡献,但这些过程似乎都不能在$1{-}3\mathrm{~Myr}$的相关时间尺度上始终达到所观察到的耗尽因子。在这项研究中,我们同时模拟这些过程,包括一个紧凑的化学网络(以碳和氧为中心)的2D($r+z$)模拟外部($r>20\mathrm{~au}$)磁盘区域,包括湍流扩散,卵石形成,卵石动力学。一般来说,我们发现CO/H $_2$丰度是时间和位置的复杂函数。集中在CO在温暖的分子层,我们发现,只有最完整的模型(包括化学和卵石演变)可以达到与观测一致的耗尽因子。在没有压力陷阱,高效的星子形成,或高宇宙射线电离率,该模型还预测了CO蒸气内部的CO雪线的复苏。我们显示的元素(C/O)和(C/H)比(在气体和冰相)的物理和化学过程的影响,讨论使用CO作为磁盘质量示踪剂,最后,连接我们预测的卵石冰组成的原始微行星发现在冷经典柯伊伯带和碎片磁盘。
2020-07-18 astro-ph.EP astro-ph.SR
Depletion of molecular gas by an accretion outburst in a protoplanetary disk
我们调查新的和档案3-5 $μ$米高分辨率($\sim3$公里秒$^{-1}$)光谱的分子气体在内盘的年轻的太阳质量恒星EX Lupi,采取期间和之后的强吸积爆发的2008年。这些数据是在2008年和2014年使用ESO甚大望远镜的CRIRES光谱仪获得的。在2008年,CO,H $_{2}$ O和OH的发射谱线被检测到广泛的配置文件跟踪气体附近和共转半径(0.02-0.3 AU)。在2014年,光谱显示出明显的差异。CO谱线虽然仍能检测到,但已弱得多,而H $_{2}$ O和OH谱线已完全消失。在3 $μ$ m处观测到一个被遮蔽的恒星光球光谱。我们的分析发现,自爆发以来,内盘中的分子气体质量减少了一个数量级,与恒星吸积率的类似下降相匹配。我们讨论了这些发现的背景下,快速耗尽的材料积累超过磁盘共转半径在静止期间,提出的EXor型年轻恒星的情节吸积模型。
2014-12-04 astro-ph.EP astro-ph.SR
Turbulent-diffusion Mediated CO Depletion in Weakly Turbulent Protoplanetary disks
挥发分,特别是CO,是原行星盘(PPD)的重要气体示踪剂。冻结和升华过程决定了它们在气相和固相之间的划分,这既影响了哪些盘区域可以被哪些挥发物追踪,也影响了行星的形成和组成。最近,多条证据表明,CO基本上是耗尽的天然气在外部地区的PPD。在这封信中,我们表明,在外部PPD的气体动力学有利于挥发性耗尽通过一种机制,我们称之为“失控冻结”。使用一个简单的一维模型,结合灰尘沉降,湍流扩散的灰尘和挥发物,以及挥发性的冻结/升华过程,我们表明,只要在冷的中平面的湍流是足够弱,让大多数的小颗粒解决,CO在温暖的表面层可以被恶意混合到中平面区域和耗尽冻结。耗尽的水平敏感地依赖于盘湍流的水平。根据最近的磁盘模拟,提出了分层的湍流轮廓非常弱的中平面湍流和强烈的湍流在磁盘表面,CO和其他挥发物可以有效地耗尽了几个超过百万年的时间尺度的一个因素。
2016-12-23 astro-ph.EP
Evidence for Dust Depletion in a Misaligned Protoplanetary Disk with JWST
本文利用 JWST MIRI 光谱在 UX Tau A 错位内盘中探测到尘埃耗竭,提出内外盘错位阻碍物质补充的机制,并估算出最短耗竭时标约 0.1 年,证明可通过中红外连续谱变化间接识别错位内盘。
2024-09-05 astro-ph.EP astro-ph.SR
Terrestrial Planet Formation in a protoplanetary disk with a local mass depletion: A successful scenario for the formation of Mars
我们太阳系的类地行星形成模型已经成功地产生了质量和轨道与金星和地球相似的行星。然而,这些模型通常无法产生大约1.5 AU的火星大小的物体。通常围绕火星半长轴形成的天体,一般来说,比火星大得多。只有当木星和土星被假设有非常偏心的轨道(e $\sim$ 0.1),这似乎是相当不可能的太阳系,或者,如果原行星盘被截断在1.0 AU,模拟已经能够产生火星样的机构在正确的位置。在本文中,我们研究了火星形成的另一种情况,在这种情况下,原太阳星云密度的局部耗尽导致行星胚胎的非均匀形成,并最终形成大约1.5 AU的火星大小的行星。我们已经进行了广泛的数值模拟的形成类地行星在这样一个磁盘的不同规模的本地密度耗尽,和不同的轨道配置的巨行星。我们的模拟指出了在1.5 AU左右形成火星大小的天体的可能性,特别是当圆盘局部质量耗尽的规模适度高(50-75%)并且木星和土星最初处于当前轨道时。在这些系统中,火星类似物是由原行星物质形成的,这些原行星物质起源于当地质量耗尽的内部或外部区域。结果还表明,地球大小的行星可以形成约1 AU,通过原始的富水微行星和行星胚胎吸积大量的水。我们提出了我们的研究结果,并讨论了它们对我们的太阳系的类地行星的形成的影响。
2013-12-13 astro-ph.EP
Ionization-Driven Depletion and Redistribution of CO in Protoplanetary Disks
基于星际间的CO/H2比率,一氧化碳普查的原行星盘在狼,sigma Orionis和Chamaeleon I发现没有盘更大的质量比最小质量的太阳星云,这是不符合存在的系外行星比木星更大的质量。观测和模型都集中在电离驱动的化学消耗T-Tauri磁盘中的一氧化碳的想法上。然而,CO的消耗程度取决于电离辐射的入射通量,一些金牛T星可能有足够强大的风来保护它们的圆盘免受宇宙射线的影响。对于一个给定的恒星质量,X射线光度也有一个可能的范围。在这里,我们使用一套化学模型,每个具有不同的入射X射线或宇宙射线通量,以评估CO耗尽是否是T-Tauri磁盘的典型结果。我们发现,在外盘的CO解离是一个强大的现实电离率的结果,与丰富的减少70%和99.99%之间超过2万年的演变。此外,在初始解离时期之后,内盘显示出从CO2解离的CO丰度的一些恢复。在高度电离的磁盘,CO恢复在内盘结合耗尽在外盘创建一个中心峰值CO丰度分布。罕见的CO同位素体的发射面积可能是一个间接的电离指标:在一组年龄相似的圆盘中,那些具有最紧凑的CO同位素体发射的圆盘电离率最高。
2018-11-14 astro-ph.EP
An evolutionary study of volatile chemistry in protoplanetary disks
一颗行星的挥发性成分取决于母盘中的气体和冰的存量。预计盘中的挥发性化学物质会随着时间的推移而演变,尽管这种演变在观测上受到很大的限制。我们目前ALMA观测C18 O,C2 H,和同位素H13 CN,HC 15 N,和DCN对5类0/I磁盘候选人。结合Bergner等人(2019 b)提出的14个II类磁盘样本,该数据集提供了磁盘寿命期间挥发性化学演变的视图。我们的C18 O丰度的估计是一致的快速耗尽的CO在第一个~0.5-1万年的磁盘寿命。我们没有看到C2 H和HCN的形成增强CO耗竭的证据,可能是因为气体已经相当丰富的CO。进一步CO耗竭可能会阻碍他们的生产,限制气相碳供应。嵌入源显示出几个化学差异相比,第二类阶段,这似乎是由于屏蔽辐射的信封(影响C2 H的形成和HC 15 N分馏)和升华的冰从下落的材料(影响HCN和C18 O丰度)。0/I类和II类来源之间的化学差异可能会影响行星形成材料在磁盘寿命的不同阶段的挥发性成分。
2020-06-22 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.SR
Radial and vertical dust transport inhibit refractory carbon depletion in protoplanetary disks
与ISM中的尘埃相比,地球的碳含量强烈耗尽,这意味着在母体形成之前有效地去除了难熔碳。有人认为,晶粒通过氧化和光分解在暴露的上层磁盘层中去除它们的碳。我们评估这些C-去除机制占粮食的垂直和径向运输的功效。我们通过求解两个一维对流-扩散方程,考虑尘埃颗粒的粒度分布和径向输运,得到了固体的碳和无碳质量收支。碳的去除作用于暴露层中的颗粒部分,并且需要有效的垂直运输。在没有径向输运的模型中,氧化和光解可以破坏类地行星形成区的大部分难熔碳。但是,它只达到极端参数组合的观察到的消耗水平,并要求母体形成延迟了100万年。增加固体的径向输送可以完全防止贫化,使耐火碳均匀分布在整个圆盘上。这是不可能的,所观察到的碳消耗可以最终归因于机制上的小晶粒在磁盘表面层。需要研究其他机制,例如闪热事件或FU Ori爆发,以便快速和深入地去除碳。然而,持续的漂移势垒或强烈降低的径向晶粒迁移率是必要的,以防止从外盘补充碳。
2018-09-05 astro-ph.EP
Systematic Variations of CO Gas Abundance with Radius in Gas-rich Protoplanetary Disks
CO是原行星盘最常用的气体示踪剂。它的丰度通常被假设为整个盘的温暖分子层的星际比率。但是最近在许多原行星盘中观测到的低CO气体丰度挑战了我们对盘中物理和化学演化的理解。在这里,我们调查的CO丰度结构,在四个充分研究的磁盘和比较它们的结构与预测的CO的化学处理和运输的CO冰包尘埃颗粒在磁盘。我们使用空间分辨的CO同位素线观测和详细的热化学模型来推导CO丰度结构。我们发现,在这些磁盘中的CO丰度随半径变化的数量级。我们表明,虽然化学过程可以有效地减少总柱的CO气体在1万年内的ISM水平下的宇宙射线电离率,耗尽主要发生在深区域的磁盘。没有足够的垂直混合,表层是没有足够的耗尽再现弱CO排放量观察。在三个磁盘中的CO耗尽的径向配置文件是定性一致的卵石形成,沉降和漂移的磁盘的预测。但是,尘埃演化本身并不能完全解释在某些圆盘中观察到的高损耗。这些结果表明,尘埃演化可能发挥重要作用,在运输挥发性物质和耦合的化学动力学研究是必要的,以了解什么原料可用于行星形成在不同距离的中央恒星。
2019-08-08 astro-ph.EP astro-ph.SR
Constraining Gas-Phase Carbon, Oxygen, and Nitrogen in the IM Lup Protoplanetary Disk
我们提出了新的限制气相C,N和O丰度的IM Lup原行星盘的分子层。基于先前对该盘的物理和化学建模,我们使用C $_2$ H的新ALMA观测来将分子层中的C/O比约束为$\sim0.8$,即,比$\sim0.54$的太阳值高。我们使用档案ALMA观测HCN和H $^{13}$ CN表明,没有耗尽的N是必需的(假设星际丰度$7.5\times10^{-5}$每H)。这些结果表明,一个可观的分数O是封存在水冰在大颗粒解决磁盘中平面。同样,一部分可用的碳被锁定在挥发性较低的分子中。相比之下,N大部分未被处理,可能是N $_2$。这种消耗模式表明在这个圆盘中存在真正的丰度变化,而不是简单的气体质量的整体消耗。如果这些结果持有更普遍的,然后结合CO,C $_2$ H,和HCN的磁盘观测可能会提供一个有前途的路径约束气相C/O和N/O在行星形成。总之,这些示踪剂提供了将盘的挥发性成分与由其形成的行星大气联系起来的机会。
2018-08-31 astro-ph.EP astro-ph.SR
Turbulent processing of PAHs in protoplanetary discs -- Coagulation and freeze-out leading to depletion of gas-phase PAH
本文提出原行星盘中PAHs通过湍流驱动的聚集与冻结导致气相耗尽的机制,结合1D垂直模型发现内盘PAH耗尽因子达50-1000,并指出小于卵形烯的PAHs是光球层主要气相发射体。
2023-03-14 astro-ph.EP
Herschel evidence for disk flattening or gas depletion in transitional disks
过渡盘是原行星盘,其特征是相对于完整的盘,近红外和中红外辐射减少。这种特征性的光谱能量分布表明,在尘埃盘内存在一个光学薄的内腔,据信这标志着原始大质量盘的消失。我们提出了新的赫歇尔空间天文台PACS光谱的[OI] 63微米的21个过渡盘。我们的调查补充了更大的赫歇尔GASPS计划“原行星系统中的气体”(Dent et al. 2013),通过将PACS在该波长下观察到的过渡盘的数量增加了四倍。[OI]63微米的痕迹物质在盘的外部区域,超出大多数过渡盘的内腔。我们发现,过渡磁盘有[OI] 63微米线光度比他们的全磁盘同行的两倍微弱。我们自我一致地确定各种恒星属性(例如,热光度,FUV过剩等)。和磁盘属性(例如磁盘灰尘质量等)这可能会影响[OI] 63微米线的光度,我们发现没有相关性,可以解释较低的[OI] 63微米线的光度在过渡盘。使用网格的热化学原行星盘模型,我们的结论是,过渡盘比完整的磁盘或具有较低的气尘比由于气体质量的耗尽。这一结果表明,过渡盘比完整的盘更进化,甚至可能在大半径。
2014-04-02 astro-ph.EP astro-ph.SR
Rapid Evolution of Volatile CO from the Protostellar Disk Stage to the Protoplanetary Disk Stage
最近的观测表明,相对于H $_2$,许多1-10百万年前的原行星盘中的CO气体丰度可能严重耗尽,与标准星际介质值10 $^{-4}$相比,减少了10-100倍。这种消耗何时以及如何发生可以显着影响星子和巨行星大气的组成。因此,重要的是要限制,如果耗尽已经发生在最早的原恒星盘阶段。在这里,我们提出的空间分辨观测的C $^{18}$ O,C $^{17}$ O,和$^{13}$ C $^{18}$ O $J$ =2-1线在三个原恒星盘。我们发现,C $^{18}$ O线从磁盘和内部信封,而C $^{17}$ O和$^{13}$ C $^{18}$ O线是一致的磁盘起源。线比表明,在盘区,C $^{18}$ O和C $^{17}$ O线都是光学厚的,只有$^{13}$ C $^{18}$ O线是光学薄的。$^{13}$ C $^{18}$ O排放的线轮廓最好由开普勒气体盘在相似的尺寸作为其毫米连续排放再现,这表明在这些磁盘中的气体和毫米大小的颗粒之间的小径向分离,在原行星盘中常见的大分离。假设气尘比为100,我们发现这些原恒星盘中的CO气体丰度与ISM丰度在2倍之内是一致的,比1- 1000万年前的盘的平均值高出近一个数量级。这些结果表明,有一个快速的,$\sim$ 1百万年,从原恒星盘阶段的原行星盘阶段的CO气体丰度的演变。
2020-02-20 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.SR
Vertical CO surfaces as a probe for protoplanetary disk mass and carbon depletion
本研究利用DALI代码构建原行星盘模型网格,结合ALMA观测数据,发现CO发射表面位置主要由盘质量和挥发性碳耗竭程度决定,推导的z/r-盘质量关系可用于快速估算原行星盘关键参数。
2025-01-14 astro-ph.EP
Effects from different grades of stickiness between icy and silicate particles on carbon depletion in protoplanetary disks
本文通过三维Monte Carlo模拟,纳入冰蒸发再凝结、光解氧化和热解,证明冰质与硅酸盐颗粒黏性差异及上层高温区可使雪线内碳丰度降低两个数量级。
2024-10-29 astro-ph.EP
Dynamic evolution of major element chemistry in protoplanetary disks and its implications for chondrite formation
球粒陨石可能是地球的组成部分,而确定最能代表地球的球粒陨石群是解决早期地球状态的关键。然而,钙钛矿的起源仍然存在争议,部分原因是它们令人困惑的主要元素组成,有些表现出Al,Ca和Mg的耗尽。基于一个新的原行星盘的热化学演化模型,我们表明,具有类似于普通和顽火辉石的耗尽模式的星子可以起源于顽火辉石蒸发的1-2 AU。在顽火辉石的“蒸发前沿”周围,包括镁橄榄石在内的难熔矿物大量向内流动,卵石浓度很高,这些矿物的损失导致Al、Ca和Mg的贫化。当蒸发的固体颗粒重新凝聚到卵石上时,卵石的浓度进一步提高,潜在地触发流动不稳定性。因此,在陆地区域可以自然地产生由普通的顽火辉石和顽火辉石组成的星子。镁橄榄石的优先损失也产生了增强的Mg/Si和重Si同位素的潜在源区内的普通和顽火辉石。具有这两种特征的地球,可能就起源于普通和顽火辉石诞生的地方。
2020-04-30 astro-ph.EP physics.geo-ph
Planet-forming material in a protoplanetary disc: the interplay between chemical evolution and pebble drift
原行星盘中气体和固体的组成决定了由它们形成的行星的组成。最近的化学模型表明,圆盘中气体和尘埃的组成在百万年的时间尺度上演变,挥发性物质从气相中消失。然而,由于气体吸积和尘埃径向漂移的时间尺度类似于这些化学时间尺度的光盘演变。在这里,我们提出了第一个模型耦合的光盘中平面的化学演化与光盘的演变,由于吸积和径向漂移的灰尘。我们的模型表明,运输将始终克服消耗的CO $_2$从气相中,也可以克服消耗的CO和CH $_4$,除非这两种运输是缓慢的(粘性$α\lesssim 10^{-3}$)和电离率高($ζ\approx 10^{-17}$)。包括径向漂移进一步增加了挥发性物质的丰度,因为它们在蒸发之前被携带在颗粒的表面上,留在它们的冰线上。由于在10 AU内的模型,没有有效的径向漂移的丰度有很大的差异,我们认为,组合物可以用来约束模型的行星形成通过卵石吸积。
2019-05-29 astro-ph.EP 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
Chemical Feedbacks of Pebble Growth: Impacts on CO depletion and C/O ratios
对原行星盘的观测揭示了它们是复杂和动态的,气体和尘埃的垂直和径向运输与化学和行星形成同时发生。以前的原行星盘模型主要关注静态盘中气体和尘埃的化学演化,或化学惰性盘中固体的动力学演化。在本文中,我们提出了一个新的一维方法模拟卵石生长和化学同时进行。气体和小尘埃颗粒可以垂直扩散,连接圆盘所有高度的化学物质。卵石被认为是由中面周围的尘埃形成的,继承了这个位置的冰的成分。我们提出了这个模型的结果后,1万年的磁盘周围的1 $M_\odot$星在不同的位置内和外的CO雪线的演变。我们发现,对于一个湍流盘($α= 10^{-3}$),CO是耗尽从表面层的磁盘大约1-2个数量级,与观测的原行星盘。这是通过冰封存和降低紫外线不透明度的结合来实现的,两者都是由卵石生长驱动的。此外,我们发现通过卵石生长和封存的冰物种的选择性去除可以增加气相C/O比的值约为1。然而,我们的模型是无法产生的C/O值$\sim$ 1.5-2.0推断从原行星盘的观测,这意味着选择性封存冰是不足以解释C/O比$>1$。
2022-02-01 astro-ph.EP
Thermal Structure and Millimeter Emission of Protoplanetary Disk with embedded protoplanets from radiative transfer modeling
本研究通过流体动力学模拟结合辐射转移后处理,探究含内嵌原行星的原行星盘热结构与毫米辐射特征,发现行星星周盘的辐射可局域升温盘物质,且其毫米辐射特征可用于约束原行星生长时标。
2024-04-11 astro-ph.EP astro-ph.SR
Maximum Temperatures in Evolving Protoplanetary Discs and Composition of Planetary Building Blocks
原行星盘内的最高温度和径向温度分布对盘内不同元素的凝聚具有重要意义。我们模拟了一组原行星盘的演变,从他们的祖先分子云核心的崩溃,以及在光盘的尘埃去耦,因为他们的演变。我们展示了云核的初始性质如何影响使用一个简单的粘性盘模型的原行星盘的热历史。我们的研究结果表明,在光盘中的最大中面温度发生在0.5 AU。它随云的初始温度而增大,随云的角速度和圆盘的粘性而减小。从观测到的分子云核的性质,我们发现最高温度的中值约为1250 K,其中大约90%低于1500 K --这个值低于大多数耐火元素的50%冷凝温度。因此,只有具有高初始温度或低角速度和/或行星形成盘内的低粘度的云核才会产生富耐火性的星子。为了重现CM、CO和CV星系和太阳系中的类地行星的挥发性耗尽模式,人们必须要么具有初始分子云核心的罕见特性,如高核心温度,要么具有其他能源来加热圆盘到足够高的温度。或者,在这些挥发物中观察到的挥发物消耗可能是从祖先分子云遗传的。
2022-01-17 astro-ph.EP
Testing viscous disc theory using the balance between stellar accretion and external photoevaporation of protoplanetary discs
原行星盘(PPD)中(粘性)角动量输运的性质和速率对行星系的形成过程有重要影响。虽然吸积率到中央恒星产量限制这种运输在内部地区的PPD,经验约束粘性扩散的外部区域仍然具有挑战性。在这里,我们展示了一种新的方法来探测角动量输运的外边缘的光盘。这种方法适用于PPD已经失去了相当大一部分的质量,由于热风驱动的紫外线辐射从邻近的OB星。我们证明,这种外部光蒸发可以解释所观察到的3-5万年前的$σ$ Orionis地区的光盘耗尽,并使用我们的模型进行预测,激励未来的经验调查盘风。对于人口的中年PPD,在粘性模型中,我们表明,由于角动量重新分配的质量通量向外平衡的光蒸发风中的质量损失。因此,风的质量损失和恒星吸积率之间的比较提供了一个独立的约束在PPD的外部区域的粘性模型。
2020-06-08 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.SR
Unlocking the secrets of the midplane gas and dust distribution in the young hybrid disc HD 141569
HD 141569是一颗前主序星,它有一个独特的圆盘位于原行星盘和碎片盘之间,类似于较老的“混合”型圆盘。这项工作的目的是把质量和空间结构的光盘中平面的背景下的碎片,混合和原行星盘。我们用1.3mm连续谱的ALMA和$^{13}$ CO(2-1)观测了HD~141569。这是第一次检测和图像的光学薄气体发射从该光盘的中平面。在连续发射中,我们检测到一个未分辨的中心峰和一个在220 $\pm$ 10~au处的毫米发射环的组合,该环稍微位于散射光中发现的环之一的内部。环的最小尘埃质量为0.13 $\pm$ 0.02~M $_{\oplus}$,而在恒星位置未分辨的毫米峰主要是由于尘埃的最小值为1.2 $\pm$ 0.2~M $_{\oplus}$而产生的热辐射。$^{13}$ CO在恒星位置周围不对称分布,峰值在1.1”距离处,P.A. -33 $^\circ$。气体被检测到远至220 $\pm$ 10~au,径向间隔与mm环的径向间隔相同。假设光学薄发射和标准ISM丰度,我们使用我们的$^{13}$ CO数据来推导出(6.0 $\pm$ 0.9)$\times 10^{-4}~$ M $_\odot$盘中的气体质量。与已发表的$^{12}$ CO数据的比较表明,$^{12}$ CO是光学厚,解释了为什么基于$^{12}$ CO的估计低估了气体质量。
2018-06-21 astro-ph.EP
Gas mass tracers in protoplanetary disks: CO is still the best
原行星盘质量是控制行星系形成过程的关键参数。CO分子发射常被用作圆盘中气体质量的示踪剂。在这项研究中,我们考虑的能力,CO跟踪气体质量在广泛的磁盘结构参数和搜索的化学物种,可能被用作替代质量示踪剂CO。具体来说,我们应用详细的天体化学建模的一大套模型的原行星盘周围的低质量恒星,以选择具有与盘质量相关的丰度并且对其他盘性质相对不敏感的分子。我们不考虑复杂的尘埃演化模型,限制自己与标准的天体化学假设的$0.1~μ$ m尘埃。我们发现,CO确实是最好的分子示踪剂的总气体质量,尽管事实上,它不是主要的碳载体,提供合理的假设,在磁盘中的CO丰度。通常情况下,化学后处理降低了一氧化碳的丰度的3倍,相比的情况下,光解和冻结的唯一途径的CO消耗。平均只有13%的碳原子存在于气相CO中,尽管变化范围从2%到30%。CO $_2$、H $_2$ O和H $_2$ CO可以潜在地用作替代的质量示踪剂,后两者仅在已知盘结构参数的情况下适用。
2017-10-09 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.SR
Inferring the Gas-to-Dust Ratio in the Main Planet-Forming Region of Disks
测量原行星盘中气体和尘埃的数量是行星形成研究中的一个关键挑战。在这里,我们提供了一组新的尘埃损耗因子和相对质量表面密度的气体和尘埃的最内部区域的样本的原行星盘。我们这样做,结合恒星理论与观察到的耐火元素丰度在磁盘主机和疏散星团恒星。我们的结果是独立的,和互补的,从空间分辨磁盘观测。
2022-06-26 astro-ph.EP astro-ph.SR
Adsorption of volatiles on dust grains in protoplanetary disks
Peking University(北京大学);Zhejiang University(浙江大学)
研究通过计算不同表面的吸附能,揭示了原行星盘中挥发物吸附机制的差异,为理解尘埃凝聚和行星形成提供了新视角。
2026-03-04 astro-ph.EP
A model exploration of NIR ro-vibrational CO emission as a tracer of inner cavities in protoplanetary disks
对原行星盘的近红外观测提供了有关内盘性质的信息。高分辨率光谱丰富的分子,如CO可以用来确定磁盘结构的温暖的内部部分。最近观察到的$v2/v1$振转比$v_{1-0}$和$v_{2-1}$过渡遵循不同的趋势与CO发射半径,在TTauri和Herbig磁盘的样本,这些趋势已被经验解释为由于内部磁盘耗尽气体和尘埃。在这项工作中,我们使用现有的热化学盘模型来探索这些观察到的趋势的解释振转CO排放。我们使用辐射热化学代码ProDiMo,探索一组先前发表的模型,具有不同的磁盘属性,并在同一时间改变一个参数:内半径,灰尘与气体的质量比,气体质量。此外,我们使用的模型,我们改变了表面密度幂律指数,并采用了更大的一组CO振转能级,也包括荧光从第一电子状态。我们调查这些模型TTauri和Herbig星盘。最后,我们包括一组DIANA模型的个别TTauri和Herbig磁盘,其构造再现了一个大的多波长观测。
2020-03-26 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.SR
Destruction of Refractory Carbon in Protoplanetary Disks
地球和其他位于内太阳系的岩石天体所含的碳比孕育它们形成的原始物质少得多。这些贫碳天体包括原始陨石的母体,这表明至少有一个导致固相碳耗尽的过程在行星形成的早期阶段之前就已经活跃了。可能的机制包括碳质物质被原行星盘表层的光子或原子氧侵蚀。在光化学产生的有利条件下,这些反应可以在短时间尺度上消耗近表面碳颗粒和多环芳烃的丰度,相对于盘的寿命,从中心恒星到半径为~20-100+ au,这取决于耐火碳的形式。由于破坏机制依赖于大量光子的涌入,难熔碳耗尽的程度对磁盘的内部辐射场非常敏感。尘埃在磁盘内的传输需要影响中平面的组成。在我们目前的被动,恒定的α磁盘模型,其中α = 0.01,碳颗粒可以被恶意地放样到破坏性的表面层和耗尽的半径约3-10金为0.1-1微米的颗粒。较小的颗粒可以被完全清除出行星形成区。破坏可能是更有效的积极吸积盘或考虑个别颗粒轨迹在非理想化的磁盘。
2017-07-27 astro-ph.EP
No evidence for protoplanetary disk destruction by OB stars in the MYStIX sample
猎户座星云中的恒星的HST图像,以及亚毫米波/射电测量,表明占主导地位的O 7恒星Theta 1 Ori C光蒸发了前主序星周围的圆盘。理论预测,大质量恒星在0.1秒差距的距离内光蒸发盘。这些发现表明,年轻的,OB-dominated大规模的H II区域是不适合生存的原行星盘,并随后形成和演化的行星。在目前的工作中,我们使用MYStIX调查中用X射线和红外测光选择的20个大质量恒星形成区域中的前主序星大样本来测试这一假设。盘的完全破坏将导致星团成员的赤字,在O星附近的JHK和斯皮策/IRAC带过剩。在四个MYStIX地区包含O型星和足够的表面密度的磁盘轴承源可靠地测试空间回避,我们没有发现任何证据的耗尽的内部磁盘周围的前主序星附近的O型星,甚至非常明亮的O2-O 5星。这些结果表明,大质量的恒星形成区对原行星盘的生存并不是很不利,而且据推测,对行星的形成也不是很不利。
2015-08-06 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
Protoplanetary disks around young stellar and substellar objects in the $σ$ Orionis cluster
本文利用Gaia DR3精化的170个光谱成员及2MASS/WISE测光,研究了σ Orionis星团中原行星盘的比例与演化,发现盘比例在低质量恒星中无显著质量依赖性,而大质量恒星盘耗散更快,并支持褐矮星类似低质量恒星形成的观点。
2023-05-29 astro-ph.EP astro-ph.GA 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
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
High Spatial Resolution Observations of Molecular Lines towards the Protoplanetary Disk around TW Hya with ALMA
利用阿塔卡玛大型毫米/亚毫米波天线阵,在高空间分辨率~9 au(角分辨率为0.15“)下,对TW Hya周围的原行星盘进行了13 CO和C 18 O J=3- 2,CN N = 3 - 2和CS J=7-6的分子谱线观测。一个可能的气体间隙被发现在约58 AU的磁盘半径,稍微超出的Au尺度的尘埃团在约52 AU,这类似于从流体动力学模拟的行星盘相互作用的预测的位置周围的集成C18 O线的径向强度轮廓。此外,我们构建模型的物理和化学结构的TW Hya磁盘,考虑到从高空间分辨率的尘埃连续观测得到的尘埃表面密度分布。其结果是,所观察到的CN线强度的平坦的径向轮廓再现由于高的灰尘-气体表面密度比内~20 Au。同时,CO同位素谱线强度跟踪高温气体,并在~30 Au的盘半径内迅速增加。一氧化碳气体耗尽或耗尽的气相氧元素丰度的模型是必需的,以重现相对较弱的CO同位素线强度观察到的外盘,与以前的原子和分子线观测对TW Hya盘一致。进一步观察具有高空间分辨率的含碳物质(例如原子碳和HCN)的线发射将有助于更好地约束盘气体中元素碳丰度的分布。
2021-05-03 astro-ph.EP
Investigation of gravitational stability of protoplanetary disks based on statistical analysis of their masses
Saint Petersburg State University(圣彼得堡国立大学)
通过统计分析原行星盘质量分布,发现仅1.2%的盘处于不稳定状态,可能由于观测方法的系统性低估导致理论预期不符。
2026-04-13 astro-ph.EP 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
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
Nonlinear Outcome of Coagulation Instability in Protoplanetary Disks I: First Numerical Study of Accelerated Dust Growth and Dust Concentration at Outer Radii
我们以前的线性分析提出了一个新的不稳定性驱动的尘埃凝聚在原行星盘。凝聚不稳定性有可能使尘埃颗粒集中成环,并有助于尘埃凝聚和星子形成。在这一系列的论文中,我们进行数值模拟和研究非线性结果的凝血不稳定性。在本文中(文件I),我们首先进行局部模拟,以证明存在的凝血不稳定性。在模拟中观察到的线性增长与先前的线性分析非常一致。接下来,我们进行径向全球模拟,以证明凝聚不稳定性的发展过程中由内而外的磁盘演变,由于尘埃的增长。为了分离对尘埃浓度和增长的各种影响,我们忽略了对气盘的反反应和尘埃碎裂的影响。这种简化的模拟表明,无论是逆反应或破碎是不稳定性的局部粉尘浓度的先决条件。在大多数弱湍流运行中,通过凝聚不稳定性的粉尘浓度克服了由于径向漂移引起的粉尘损耗,导致多个粉尘环的形成。凝结不稳定性的非线性发展也加速了尘埃的生长,无量纲停止时间$τ_{\mathrm{s}}$甚至在外半径(>10 au)达到1。因此,凝聚不稳定性是一个有前途的过程,以保留尘埃颗粒,并加速尘埃增长超过漂移障碍。
2022-07-21 astro-ph.EP astro-ph.SR
The gravitational interaction between planets on inclined orbits and protoplanetary disks as the origin of primordial spin--orbit misalignments
许多观测到的系外行星的自旋-轨道对齐特性可以在原始盘错位模型的背景下解释,在该模型中,最初对齐的原行星盘被偏离轨道的遥远恒星伴星扭转,导致岁差运动,这可能导致自旋-轨道角的大幅度振荡。我们考虑这个模型的一个变种,其中的同伴是一个巨大的行星,轨道半径为几个天文单位。在已发表的数值模拟结果的指导下,我们通过将磁盘划分为内部和外部部分来模拟该系统的动态演化-在行星的位置处分离-表现为不同的刚性磁盘。我们表明,即使外盘的方向保持不变,行星也会偏离内盘。除了由岁差运动引起的振荡,其幅度越大,初始内盘与行星的质量比越小,自旋轨道角也表现出长期增长,在这种情况下-由正在进行的质量消耗驱动从磁盘-当内盘的角动量下降到行星的角动量以下时,这变得很重要。总之,这两种效应可以产生显着的失准角的内盘,包括逆行配置。我们讨论这些结果的框架内的搁浅热木星的情况下,并考虑其影响,包括碎片磁盘的对齐属性的解释。
2016-12-06 astro-ph.EP astro-ph.SR
Protoplanetary Disk Structure With Grain Evolution: the ANDES Model
本文提出了一个自洽的原行星盘模型:“带有尘埃演化和沉积的吸积盘”(ANDES)。ANDES基于灵活和可扩展的模块化结构,包括1)1+1D频率相关连续辐射转移模块,2)使用具有UV/X射线驱动过程表面反应的扩展气体颗粒网络计算化学演化的模块,3)计算气体热能平衡的模块,以及4)模拟尘埃颗粒演化的1+1D模块。首次在原行星盘模型中考虑了颗粒演化和随时间变化的分子化学。我们发现,晶粒生长和沉积的大颗粒的磁盘中平面导致一个尘埃贫化的气氛。因此,尘埃和气体的温度变得更高的内部磁盘(R < 50 AU)和较低的外部磁盘(R > 50 AU),与盘模型与原始尘埃。尘埃盘化学结构对尘埃生长和沉降的响应是双重的。首先,由于更高的透明度,部分UV屏蔽的分子层被移动到更靠近致密的中平面。第二,在磁盘中平面的大晶粒的存在下,延迟了挥发性的气相物种,如CO的冻结,而在相邻的上层的耗尽仍然是有效的。在尘埃演化的圆盘模型中,许多物种的分子浓度和柱密度都得到了增强,例如,CO2,NH 2CN,HNO,H2O,HCOOH,HCN,CO。我们还表明,时间依赖性化学是重要的气体热平衡的正确描述。
2013-02-06 astro-ph.EP astro-ph.SR
Coagulation Instability in Protoplanetary Disks: A Novel Mechanism Connecting Collisional Growth and Hydrodynamical Clumping of Dust Particles
我们提出了一种新的不稳定性驱动的组合凝聚和径向漂移的尘埃颗粒。我们把这种不稳定性称为"凝聚不稳定性”,并认为它是一种有希望的机制,可以在盘演化的非常早期阶段集中尘埃颗粒并协助星子形成。由于碰撞凝聚效率的尘埃密度的依赖性,尘埃粒子有效地(低效地)增长的区域中的正(负)的尘埃密度扰动,这导致一个小的径向变化的尘埃大小,因此径向速度扰动。由此产生的速度扰动导致粉尘浓度和放大粉尘密度扰动。这种正反馈使磁盘不稳定。当尘气质量比为$10^{-3}$量级时,凝结不稳定性的增长时间尺度为几十个轨道周期。在原行星盘中,尘埃粒子的径向漂移和凝聚往往会导致尘埃耗尽。目前的不稳定性局部集中的尘埃粒子,即使在这样一个灰尘贫化区域。由此产生的浓度提供了更好的网站为灰尘气体不稳定性发展,这导致进一步的浓度。尘埃扩散和空气动力学反馈倾向于稳定短波长模式,但不能完全抑制凝结不稳定性的增长。因此,凝聚不稳定性预计将发挥重要作用,在建立下一个阶段的其他不稳定性,进一步发展向星子形成,如流动不稳定性或长期引力不稳定性。
2021-07-22 astro-ph.EP astro-ph.SR
Subsolar Al/Si and Mg/Si ratios of non-carbonaceous chondrites reveal planetesimal formation during early condensation in the protoplanetary disk
非碳质方解石中的Al/Si和Mg/Si比低于太阳能(即,CI碳质陨石和地球形成鲜明对比,后者富含难熔元素,Mg/Si比为太阳能或更大。我们表明,形成的第一代的星子在冷凝的耐火元素意味着随后形成的残留冷凝物与强烈的亚太阳的Al/Si和Mg/Si比。残余冷凝物与具有太阳能耐火材料/Si元素比率的不同量的材料的混合解释了非碳质耐火材料的Al/Si和Mg/Si值。为了定量地匹配观测到的比率,我们发现第一微行星应该在盘的温度为~ 1,330 - 1,400 K时吸积,这取决于压力,并假设盘的太阳C/O比率。我们将讨论这个模型如何与我们目前的理解磁盘的演变,晶粒动力学,和微行星的形成。我们还将讨论扩展到中等挥发性元素(例如,Na),解释了这些元素在非碳质方解石中的贫化如何可能与难熔元素的贫化相关(例如,Al)。扩展到铬的分析,我们发现的证据比太阳能的C/O比在原太阳盘的气体时/从分馏气体冷凝发生。最后,我们讨论了超太阳的Al/Si和Mg/Si比的地球是由于我们的星球的质量的~40%的吸积从第一代的富耐火星子的可能性。
2020-03-11 astro-ph.EP
Cold water emission cannot be used to infer depletion of bulk elemental oxygen [O/H] in disks
本文重新分析赫歇尔数据,表明原行星盘冷水发射可用星际介质氧丰度和标准气尘比解释,无需大规模氧耗损;冷水发射主要由光致解吸决定且光学厚,对温度更敏感。
2024-06-06 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.SR
Chemistry in disks. XI. Sulfur-bearing species as tracers of protoplanetary disk physics and chemistry: the DM Tau case
上下文在星际介质和彗星中观察到几种含硫分子,与迄今为止只检测到CS,H $_2$ CS和SO的原行星盘形成强烈对比。目的。我们结合观测和化学模型来限制DM Tau原行星盘中硫的丰度及其对物理和化学条件的敏感性。方法.我们在CS、SO、SO $_2$、OCS、CCS、H $_2$ CS和H $_2$ S系中获得了带4和带6中DM Tau的$0.5^{"}$ ALMA观察,实现了$\sim 5$ mJy灵敏度。使用非LTE的辐射传输程序RADEX和正演模拟工具ESTFIT,磁盘平均CS柱密度和上限的其他物种的推导。结果仅检测到CS,衍生柱密度为$\sim 2-6 \times 10^{12}$ cm $^{-2}$。我们报告了第一次尝试检测SO $_2$在DM Tau。对于其他含S物质,上限范围在$\sim 10^{11}$和$10^{14}$ cm $^{-2}$之间。与这些值匹配的最佳拟合化学模型要求在$r \sim 50-100$ au下气相C/O比> 1。与化学建模,我们表明,含硫物种可以是强大的示踪剂的气相C/O比,表面反应速率,晶粒尺寸和紫外强度。结论.在DM Tau中没有检测到CS以外的各种含硫分子,这意味着气相中缺乏活性硫,要么是通过有效的冻结,要么是因为大多数元素硫都存在于其他大物种中,如彗星中所发现的。推测出的高CS/SO和CS/SO $_2$比值要求非太阳能的C/…
2018-06-21 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.SR
Effects of Dust Evolution on the Vertical Shear Instability in the Outer Regions of Protoplanetary Disks
垂直切变不稳定性(VSI)是一种需要快速气体冷却的流体动力学不稳定性,并已被建议在原行星盘的外部区域运行。VSI驱动具有强烈垂直运动的湍流,这可以调节灰尘的生长和沉降。然而,灰尘的生长和沉降可以调节VSI,因为灰尘耗尽使得外部盘区域中的气体冷却效率低下,这些外部盘区域相对于其自身的热发射而言光学上较薄。在这项研究中,我们量化了这种潜在的稳定作用的灰尘演变的VSI的线性分析的基础上。我们构建了一个模型来计算冷却时间尺度,同时考虑到超过微米尺寸和尺寸依赖性沉降的灰尘生长。结合线性稳定性分析的模型,我们映射的区域VSI的操作,我们称之为VSI区,并估计在每个径向位置的最大增长率。我们发现,灰尘的增长,以及解决使VSI区更局限于周围的中平面。这导致增长率下降,因为旋转速度的垂直切变是不稳定性的来源,在较低的高度较弱。在我们默认的0.01太阳质量的圆盘模型中,从10微米到1毫米的尘埃增长会导致增长率下降10倍以上。抑制的VSI驱动的湍流尘埃演化可能会促进进一步的尘埃演化的外部区域,也解释了高度的尘埃沉降观察到的磁盘周围HL头。
2021-05-06 astro-ph.EP astro-ph.SR
Abundance analysis of stars hosting gas-rich debris disks
本文通过分析六颗富气体碎片盘A型恒星的丰度,发现HD 110058和HD 32297的难熔元素亏损源于早期原行星阶段的高吸积污染,并估算了HD 110058的早期吸积率下限。
2025-03-05 astro-ph.EP astro-ph.SR
Disentangling CO Chemistry in a Protoplanetary Disk Using Explanatory Machine Learning Techniques
University of Virginia(弗吉尼亚大学);Carnegie Institution for Science(卡内基科学研究所);Space Telescope Science Institute(空间望远镜科学研究所);National Radio Astronomy Observatory(美国国家射电天文台)
本文提出用可解释回归机器学习模型解析原行星盘中 CO 空间密度与多种物理参数的关系,发现参数组合比单一参数更关键,并验证其与高成本化学模拟结论一致。
2023-12-08 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.SR
Vanishing Refractories: Tracing Dust Evolution in the BP Tau Protoplanetary Disk
本文通过多波长分析 BP Tau 原行星盘,结合光学光谱与档案数据,利用磁层吸积和辐射吸积盘模型发现最内层气盘难熔物质显著耗尽,并将其归因于压力凸起/间隙导致的径向漂移和尘埃捕获。
2025-09-16 astro-ph.EP
Depletion of moderately volatile elements by pebble accretion in Earth-like planets
University of New Mexico(新墨西哥大学)
研究通过石英颗粒吸积导致类地球行星中中等挥发性元素的耗尽,发现原行星质量、大气层排气时间尺度和颗粒组成对挥发性物质耗尽有显著影响。
2026-01-13 astro-ph.EP
Mass constraints for 15 protoplanetary disks from HD 1-0
氘化氢(HD)旋转谱线发射可以提供可靠的原行星盘气体质量测量,但很难观察和检测已被限制在三个T-Tauri盘。自\emph{Herschel}空间观测任务于2013年结束以来,没有新的数据可用。我们着手获得新的磁盘气体质量的限制,通过分析上限的HD 1-0排放的\emph{Herschel} /PACS档案数据的DIGIT关键程序。重点是Herbig Ae/Be磁盘,其恒星比金牛座T更明亮,我们确定HD的上限,在先前分析其线检测的数据。他们的意义是研究与DALI物理化学代码运行的模型网格,定制,包括氘化学。几乎所有的圆盘都被限制在$M_{\rm gas}\leq0.1\,$ M $_{\odot}$,排除了全球引力不稳定性。对HD 163296盘质量$M_{\rm gas} \leq 0.067\,$ M $_{\odot}$得到一个强约束,意味着$Δ_{\rm g/d}\leq100$ .这个基于HD的质量极限接近于基于CO的盘质量估计的低端,突出了仅使用CO的巨大不确定性,并表明HD 163296中的气相CO消耗最多是几个因素。HD 163296和HD 100546的$M_{\rm gas}$极限,都是明亮的盘,具有大质量的候选原行星系统,表明盘到行星的质量转换效率为$M_{\rm p}/(M_{\rm gas} + M_{\rm p})\approx10$到$40\,$ %。…
2019-12-26 astro-ph.EP astro-ph.SR
CN rings in full protoplanetary disks around young stars as probes of disk structure
在原行星盘中观测到CN分子明亮的环状结构发射。我们调查是否这样的结构是由于磁盘本身的形态,或者如果它们是CN发射的内在特征。与使用CN作为诊断的意图,我们还解决的物理和化学参数CN是最敏感的。通过二维热化学程序DALI运行了一组不同恒星光谱、质量和物理结构的盘模型。通过了一个最新的化学网络,该网络考虑了最相关的氯化萘反应。环形发射被认为是所有采用的模型的共同特征;最高丰度被发现在磁盘的上部外部区域,柱密度峰值在30-100 AU的金牛座T星与标准吸积率。质量较高的圆盘通常显示较亮的CN。更高的紫外线场,例如那些适合于具有高吸积率的金牛T星或赫比格Ae星或更高的盘耀斑的紫外线场,通常会导致更明亮和更大的环。这些趋势是由于CN的主要形成路径,其全部从振动激发的H2* 分子开始,其通过H2的远紫外(FUV)泵浦产生。该模型的结果与观察到的磁盘集成CN通量和观察到的位置的CN环TW Hya磁盘。CN环是在原行星盘中自然产生的,不需要特定的盘结构,如尘埃腔或间隙。FUV通量和CN排放之间的强联系可以提供关于盘的垂直结构和影响UV穿透的尘埃颗粒分布的关键信息,并且可以帮助打破SED拟合中的一些简并。与C2 H或c-C3 H2相比,CN通量对碳和氧的消耗不是非常敏感。
2017-11-29 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.SR
Mass measurements in protoplanetary disks from hydrogen deuteride
原行星盘的总气体质量是一个基本的,但很难确定的量。本文介绍了一种新的分子气藏评价技术\citep{bergin+13},它利用112 $μ$ m处的HD J=1-0谱线直接评价分子氢的体相分子气藏。在这项工作中,我们提出了一个{ \it赫歇尔}空间天文台\footnote{Herschel is an ESA space observatory with science instruments provided by European-led Principal Investigator consortia and with important participation from NASA.}调查的六个额外的T金牛座磁盘的HD线。在两种情况下检测到$>$ 3 $σ$显著性的线发射:DM Tau和GM Aur。对于其他四个磁盘,我们建立上限的线通量。使用详细的磁盘结构和射线跟踪模型,我们计算的温度结构和尘埃质量从模拟观测到的光谱能量分布,并包括紫外气体加热的影响,以确定所需的气体量,以适应HD线。DM Tau的气体质量范围为1.0-4.7 $\times10^{-2}$,GM Aur的气体质量范围为2.5-20.4 $\times10^{-2}$。这些值大于GM Aur使用CO发现的值,而DM Tau的CO衍生气体质量与我们的质量范围的下限一致。这表明,一氧化碳化学消耗从气相高达五…
2016-08-28 astro-ph.EP astro-ph.SR
Five steps in the evolution from protoplanetary to debris disk
Herbig Ae恒星的原行星盘最终消散,留下一个由微行星和尘埃组成的脆弱的碎片盘,以及可能的气体和行星。本文利用10- 20百万年A星碎片盘的性质来考虑原行星到碎片盘的转变。这两类尘埃的物理区别在于是否存在足够数量的原始气体来控制小尘埃颗粒的运动(而不是尘埃的次级性质或其搅动程度)。这激发了一个基于尘埃光谱的观测分类,根据经验定义,A星碎片盘在12 μ m处需要<3,在70 μ m处需要<2000。我们还提出了一个假设来测试,主序星/星子结构已经到位(但模糊)在原行星盘阶段。如果行星的结构在圆盘分散期间改变直到冻结,这可能只是弱正确的,或者如果行星和星子在圆盘分散期间形成,则完全错误。讨论了过渡过程中的五个步骤:(i)在内部凿出一个洞,形成过渡盘;(ii)耗尽外盘中毫米大小的尘埃,并指出确定这种质量最终是形成星子还是碰撞耗尽的重要性;(iii)最终清除内部区域,并指出许多机制在后期补充中等热尘埃水平,并可能也在原行星盘中运行;(iv)气体的消失,注意到最近在碎片盘中发现了原始和次级气体,这突出了我们的无知以及ALMA即将带来的启示;(v)环状微行星结构的形成,注意到这些结构是通过与行星的相互作用形成的,并且微行星在原行星盘中的位置可能与其中的尘埃浓度无关,而尘埃浓度是由气体相互作用确定的。
2014-12-17 astro-ph.EP