Numerical study of self-gravitating protoplanetary discs
本文研究了自引力对原行星盘的影响。角动量输运和能量耗散的机制被假定为吸积盘中湍流引起的粘性。能量方程考虑了粘性耗散释放的能量与冷却过程平衡的情况。利用耗散函数和冷却函数的等价性得到粘性，并将其用于角动量方程。通过公式$d u/d t=-u/τ_{cool}$计算流的冷却速率，其中$u$和$τ_{cool}$分别是内能和冷却时标。局部冷却与动力学时间尺度之比$Ωτ_{cool}$被假定为常数，并且也是局部温度的函数。原行星盘的解表明，在$Ωτ_{cool} = constant$情形下，对于典型的质量吸积率$\dot{M} = 10^{-6} M_{\odot} yr^{-1}$，盘在小半径范围内不表现出任何引力不稳定性;而选择$Ωτ_{cool}$作为温度的函数，对于这个质量吸积率甚至更小的质量吸积率，盘在小半径范围内都可能出现引力不稳定性。通过对粘性参数$α$的研究，我们发现自引力原行星盘内部的湍流强度很低。这些结果与原行星盘的直接数值模拟定性一致。
2011-11-08 astro-ph.EP astro-ph.SR
Growing dust grains in protoplanetary discs - III. Vertical settling
我们的目标是推导出一个简单的分析模型，以了解垂直沉降生长的尘埃颗粒在层流原行星盘的基本属性。分离的垂直动力学中的磁盘中平面的运动，我们集成的线性和指数晶粒生长速率的运动方程。对更复杂的增长模型进行数值积分。我们发现，沉降效率取决于无量纲参数γ的值，其特征在于相对于气体阻力的晶粒生长的相对效率。由于伽马值被认为是星盘中初始尘埃与气体的比值（10^-2的量级），因此颗粒的生长增强了尘埃粒子的能量耗散，并提高了原行星盘中的沉降效率。这种行为主要是独立的增长模型以及颗粒的径向漂移。
2013-11-06 astro-ph.EP
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
Transition region from turbulent to dead zone in protoplanetary disks: local shearing box simulations
原行星盘的动力学演化对于建立一个全面的行星形成理论和解释这些天体的观测特性具有重要意义。使用磁流体动力学代码雅典娜++，与等温剪切盒设置，我们研究的活动区和死区之间的边界，吸积率的变化和质量可以积累。我们量化的湍流水平是如何受到影响的存在下，在径向-x方向，导致抑制湍流（或死区）的区域的非均匀欧姆电阻率。比较湍流活动的理想模拟，湍流抑制区显示密度波动和磁活动在其边界，驱动的能量注入从活动（理想）区边界。我们发现磁耗散是显着更强的理想区域，和通过死区的边界的湍流渗透是由电阻率本身的值，通过欧姆耗散过程，虽然过渡的厚度不起显着的作用，在改变耗散。我们研究了沿剪切方向的一维谱：磁谱在理想和电阻模拟中都出现大尺度平坦，尽管Kolmogorov标度超过十年的死区持续存在，表明湍流级联是由系统的流体动力学决定的：MRI发电机动作被抑制在足够高的电阻率存在的地方。
2020-11-16 astro-ph.EP astro-ph.SR
Radially resolved simulations of collapsing pebble clouds in protoplanetary discs
我们用一个统计模型来研究卵石云的坍缩，以发现彗星大小的微行星的内部结构。在坍缩过程中会发生卵石与卵石的碰撞，这些碰撞的结果会影响到星子的结构。我们扩展了我们以前的模型，允许个人卵石子云以不同的速度收缩，并包括气体阻力的收缩速度和能量耗散的影响。我们的研究结果产生的彗星是多孔的卵石堆，颗粒大小随深度而变化。在表层中有原始卵石和卵石碎片的混合物。另一方面，内部仅由具有较窄尺寸分布的原始卵石组成，在那里产生较高的孔隙度。我们的研究结果表明，在原行星盘的气体起着重要的作用，在确定卵石的径向分布的大小和内部微行星的孔隙度。
2017-06-12 astro-ph.EP
The growth of planets by pebble accretion in evolving protoplanetary discs
行星的形成取决于原行星盘的结构，它影响着嵌入行星的吸积和迁移速率。盘本身的演化时间尺度为几个百万年，在此期间，温度和密度的轮廓变化的物质吸积到中央恒星。在这里，我们使用一个详细的模型，一个不断发展的磁盘，以确定行星的增长卵石吸积和他们的迁移通过磁盘。达到卵石隔离质量的核心吸积气体，最终形成具有大量气体包层的巨行星，而没有达到卵石隔离质量的行星则被困为冰巨星和冰行星，其包层中只含有少量气体。与早期的人口合成模型不同，我们的模型在没有任何人为减少迁移速度和原行星盘的气体和尘埃柱密度类似的观测推断。我们发现，在我们的名义盘模型中，行星胚胎的出现最好发生在大约200万年之后，以便不仅形成气体巨星，而且形成冰巨星和较小的行星。高的卵石吸积率确保了在所有轨道距离上都能达到气体吸积的临界核心质量。然而，气体巨行星的半长轴会因迁移而显著缩短。考虑到行星的生长，而不是星子吸积，我们表明，形成的时间尺度太长，以竞争的迁移时间尺度和原行星盘的耗散时间。总之，我们发现卵石吸积克服了许多挑战，在形成冰和气体巨人在不断发展的原行星盘。
2015-08-07 astro-ph.EP
Protoplanetary Disk Heating and Evolution Driven by the Spiral Density Waves
一些原行星盘在散射光下的高分辨率成像显示，存在着明显振幅的全球螺旋臂，可能是由大质量行星或恒星伴星激发的。假设这些武器的密度波，演变成螺旋冲击，我们评估其对热力学，吸积和全球的磁盘演变的影响。我们推导出的直接（不可逆）加热，角动量输运，和质量吸积率引起的磁盘冲击的任意强度的解析表达式。我们发现这些过程是非常敏感的冲击振幅。集中在中等强度的波（密度跳跃的冲击$ΔΣ/Σ\sim 1$），我们表明相关的磁盘加热是可以忽略不计的（在$\sim 1\%$水平的能量预算）在被动的，照射的原行星盘上$\sim 100$ AU尺度，但变得重要的几个AU从恒星。与此同时，激波加热可能是激变变星、恒星X射线双星和超大质量黑洞双星盘中的一个重要（甚至是主导）能源，主要由粘性耗散加热。由整体螺旋激波引起的质量吸积相当于（或超过）由于粘性应力引起的质量流入。在$\sim 100$ AU的$\lesssim 0.5$ Myr中，以突出的全球螺旋为特征的原行星盘必须迅速演变。直接上限的磁盘演变的时间尺度可以建立通过测量的重力扭矩，由于从成像数据的螺旋臂。我们的研究结果表明，无论其起源，全球螺旋波必须是重要的代理商的原行星盘的演变。它们可能是盘扩散的一种有效机制，并可能与过渡盘现象有关。
2016-01-12 astro-ph.EP
On the planetary interpretation of multiple gaps and rings in protoplanetary disks seen by ALMA
最近有人提出，ALMA在许多原行星盘中发现的多个同心环和间隙可能是由一颗行星产生的，这是它在盘中激发的多个螺旋密度波复杂传播和消散的结果。验证这一想法的数值计算工作主要利用了所谓的局部等温近似与规定的磁盘温度分布。然而，在原行星盘中，这种近似不能提供几十个金尺度上的密度波动动力学的精确描述。此外，我们表明，局部等温模拟往往高估了环和间隙功能的对比度，以及歪曲他们的位置，相比，在模拟中的能量方程是明确的演变。这一结果是由局部等温圆盘中线性扰动的角动量通量不守恒引起的。我们证明了这种效果使用模拟的局部等温和绝热磁盘（基本上相同的温度分布），并显示如何尘埃分布，探测毫米波长观测，这两种情况下不同。因此，局部等温模拟可能低估了ALMA观察到的数十个Au尺度上的多个间隙和环形成的行星质量。我们建议，在使用局部等温模拟探索行星盘相互作用，以及在天体物理磁盘中的波动现象的其他研究中，应谨慎。
2019-05-20 astro-ph.EP
Long live the disk: lifetimes of protoplanetary disks in hierarchical triple star systems and a possible explanation for HD 98800 B
原行星盘的气体耗散是影响行星形成的关键过程之一，人们普遍认为，单颗恒星周围的原行星盘的气体耗散发生在几百万年的时间尺度上。在过去的几年里，在多个恒星系统中发现了几个原行星盘，尽管它们所处的环境很复杂，但其中一些似乎相当古老，这种情况可能有利于行星形成。一个明显的例子是HD 98800 B周围的盘，HD 98800 B是一个等级四恒星系统中的双星，在$\sim$ 1000万年的年龄，它似乎仍然拥有大量的气体。在这里，我们提出了一个1D+1D模型来计算的垂直结构和气体演化的分层三星系统的周围的磁盘考虑不同的恒星和磁盘参数。我们发现，由于内部的二进制连同截断的磁盘由于外部同伴的潮汐扭矩强烈减少粘性吸积和膨胀的磁盘。即使允许潮汐流的粘性吸积，这些环境中的盘也可以存活超过1000万年，这取决于它们的性质，光蒸发是主要的气体耗散机制。我们特别适用于我们的模型，以circumbinary磁盘周围的HD 98800 B，并确认其寿命，以及目前不存在的磁盘周围的伴星HD 98800 A，可以解释与我们的模型，并通过这种机制。
2021-05-19 astro-ph.EP astro-ph.SR
Giant planet formation at the pressure maxima of protoplanetary disks
在经典的核心吸积行星形成的情况下，快速向内迁移和吸积的时间尺度公里大小的星子可能不利于形成巨大的核心之前，原行星盘消散的巨行星。另一方面，压力最大值的存在可以作为迁移陷阱和固体物质积累的位置，有利于形成块状核。我们的目标是研究径向漂移的卵石和星子和行星迁移的压力最大值在一个原行星盘和它们的影响形成的大规模的核心触发气体逃逸吸积阶段。在原行星盘中引入一个低粘滞死区，数值求解了粘滞驱动吸积盘的时间演化。人口的卵石和星子的径向漂移和吸积的行星演变也被认为是。最后，嵌入盘中的胚胎通过卵石、微行星和周围气体的同时吸积而生长。我们的模拟结果表明，在磁盘的低粘度区域的边缘产生的压力最大值作为行星迁移陷阱，卵石和微行星的表面密度显着增加，由于径向漂移的压力最大值的位置。然而，我们的模拟也表明，迁移陷阱的位置和固体物质积累的位置并不完全在同一位置。因此，一个行星的半长轴振荡周围的零扭矩的位置，预测的MHD和HD模拟，需要为行星吸积所有可用的材料积累在压力最大值。在原行星盘的低粘度区域的边缘产生的压力极大值似乎是大质量核形成和捕获的优先位置。
2017-03-24 astro-ph.EP
Planet formation in evolving protoplanetary discs
我试图总结我们的知识行星形成在演变的原行星盘。我首先回顾了光盘演化和扩散的物理学。对于大多数光盘寿命的演变是由吸积和光蒸发驱动，我将讨论这些过程之间的相互作用如何形成原行星盘。我还讨论了我们用来测试这些模型的观察结果，以及仍然存在的主要不确定性。然后，我将继续考虑行星形成和迁移在不断发展的光盘，并讨论如何观察光盘和行星可以用来告知我们的理解原行星盘的演变。
2013-08-08 astro-ph.EP
Thanatology in Protoplanetary Discs: the combined influence of Ohmic, Hall, and ambipolar diffusion on dead zones
原行星盘由于其低温和高柱密度而难以电离，因此受到三种“非理想”磁流体动力学效应的影响：欧姆耗散、双极扩散和霍尔效应。自磁旋转不稳定性被发现以来，磁驱动湍流的存在一直是一个中心问题。早期的模型只考虑欧姆扩散，并导致分层吸积的情况下，在磁盘中平面的磁“死”区是嵌入在磁“活跃”的表面层在距离中央原恒星物体约1-10 au。最近的工作表明，欧姆耗散和双极扩散的组合可以使两个中平面和表面层的光盘不活跃，扭矩由于磁驱动的外流需要解释所观察到的吸积率。我们重新评估这张照片进行三维数值模拟，包括，第一次，所有三个非理想的MHD效应。我们发现，霍尔效应一般可以“复活”死区，通过产生一个占主导地位的方位角磁场和大规模的麦克斯韦应力整个中平面，提供的角速度和磁场满足Ω.B > 0。随之而来的大磁压力改变了垂直密度分布，并大大增加了磁盘刻度高度超过其流体静力学值。流出是产生的，但不是解释吸积速率<10^{-7} Msun/yr所必需的。圆盘中平面内的流动基本上是层流，这表明灰尘沉降可能是有效的。这些结果表明，如果MRI是相关的驱动质量吸积在原行星盘，必须包括霍尔效应，以获得甚至定性正确的结果。
2014-04-18 astro-ph.EP astro-ph.SR
Two-Dimensional Study of the Propagation of Planetary Wake and the Indication to Gap Opening in an Inviscid Protoplanetary Disk
利用二维局域剪切片模型，分析了含原行星的无粘原行星盘中间隙形成的物理过程。螺旋密度波由行星激波发射，波携带的角动量被传递到背景流中。角动量的交换会影响行星附近的质量通量，从而在行星轨道周围形成一个密度不足的区域或间隙。我们首先进行弱非线性分析表明，由密度波的冲击耗散所形成的特定涡度可以是行星附近的质量通量的来源，并且即使对于低质量行星也可以打开间隙，除非行星的迁移是实质性的。然后，我们进行高分辨率的数值模拟，以检查分析的考虑。通过比较能隙开放时间尺度和I型迁移时间尺度，我们提出了一个与以往研究有质的不同的关于行星轨道周围欠密区形成的判据.如果我们将I型迁移时间尺度的标准值结合起来，行星形成倾角所需的最小质量是以前研究的两倍，但是如果在圆盘中有一个I型迁移停止的位置，它可以小得多。
2010-09-25 astro-ph.EP
Gaps and Rings in Protoplanetary Disks with Realistic Thermodynamics: The Critical Role of In-Plane Radiation Transport
许多原行星盘在尘埃排放中表现出环形间隙，这可能是行星产生的。旨在解释这些观测结果的行星-盘相互作用的模拟通常以过于简化的方式处理盘热力学，这不能正确地捕获行星驱动的密度波驱动间隙形成的动力学。在这里，我们探讨子结构形成磁盘使用分析计算和流体动力学模拟，包括物理激励处方与行星引起的密度波的辐射效应。第一次，我们的治疗帐户不仅从磁盘表面的冷却，但也为沿磁盘中平面的辐射传输。我们表明，这种面内冷却的特征时间尺度通常比表面冷却的时间尺度短一个数量级，在密度波传播和消散中发挥着关键作用（我们提供了对该时间尺度的简单估计）。我们还表明，在原行星盘（$α\lesssim 10^{-3}$）预期的水平上，粘度对密度波动力学的影响可以忽略不计。使用合成地图的尘埃连续排放，我们发现，由行星产生的间隙的多样性和形状是敏感的物理参数-磁盘温度，质量和不透明度-，确定阻尼的密度波。轨道在$\lesssim 20$ au的行星产生最多样的各种各样的间隙/环结构，虽然显着的变化也发现行星在$\gtrsim 50$ au。通过改进行星-盘耦合物理的处理，我们的结果提出了探索盘中环形子结构的行星解释的新方法。
2020-10-05 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
Clump formation due to the gravitational instability of a multiphase medium in a massive protoplanetary disc
行星系是在气尘原行星盘中通过固体的生长而形成的。在本文中，我们表明，这种增长的最有趣的阶段-即，1-10米的巨石转化成100米大小的微行星-可以解释的引力不稳定性的机制。目前的工作集中在自引力团块的起源，其中星子的形成可能发生。我们的计算机模拟表明，由于两相不稳定性的发展，形成了这种气体和巨石的团块。这种不稳定性揭示了原行星盘中所谓的“相互影响效应”，其中系统的动力学由由初级固体组成的低质量子盘的无碰撞集体运动决定。我们发现，0.1 $c_s$的速度分散在巨石subdisc是足以导致形成的气体和巨石的自重力团块。在这种状态下，崩塌物体形成所需的时间小于巨砾在介质密度波中的消散时间。
2012-10-03 astro-ph.EP astro-ph.SR
Dust Morphology Under Changing Dust Mass Ratios in Protoplanetary Discs
The University of Georgia（佐治亚大学）；University of Oxford（牛津大学）
研究尘埃质量比变化对行星形成盘形态的影响，通过尘埃-气体质量比ε约束改进盘质量估计。
2026-02-13 astro-ph.EP
Forming the cores of giant planets from the radial pebble flux in protoplanetary discs
行星核心的形成必须迅速进行，以便巨行星在原行星气盘（<300万年）消散之前吸积它们的气体包层。在超过10天文单位的轨道上，核心直接积累星子的速度太慢了。微行星的碎片可以更快地被吸积，但是微行星可能太大而不能有效地碎裂，共振捕获构成了另一个障碍。在这里，我们而不是调查小卵石（毫米厘米大小）的增长和粒子的径向漂移之间的平衡的自然结果的吸积。我们构建了一个简化的分析模型的灰尘凝聚和卵石漂移在外盘，5 AU和100 AU之间，这给出了固体表面密度和占主导地位的颗粒尺寸的时间演变。这两个关键量决定了在不同的轨道距离上核心的生长是如何进行的。我们发现，卵石的表面密度足够高，以实现由内而外形成的行星核心内光盘的寿命。尘埃转化为行星的整体效率可能很高，对于类似于太阳系的行星结构来说接近50%。在外盘的卵石吸积的增长是足够快，以克服灾难性的I型迁移的核心。这些结果需要原行星盘具有较大的径向范围（~100 AU），并假设初始种子胚的数量较少。我们的研究结果表明，低质量恒星（<1 M_太阳）周围的低质量原行星盘，或亚太阳尘埃与气体的比例，不容易形成气体巨行星（M > 100 M_E），但优先形成海王星质量或更小的行星（< 10 M_E）。这与系外行星的调查结果一致，这些调查显示，气体巨星在低质量或低金属含量的恒星周围相对罕见。
2016-04-04 astro-ph.EP
Constraining protoplanetary disc mass using the GI wiggle
系外行星形成于原行星吸积盘中。原行星盘的总质量是最基本的参数，因为它决定了行星形成的质量预算。虽然阿塔卡马大型毫米/亚毫米阵列（ALMA）的观测大大增加了我们对这些盘的了解，但原行星盘的总质量仍然难以测量。如果一个盘有足够的质量（$\gtrsim$ 10\%的主恒星质量），它可以激发引力不稳定性（GI）。最近，人们发现GI会留下其存在的运动学印记，称为“GI摆动”。“在这项工作中，我们使用数值模拟来经验性地确定摆动幅度与宿主盘星质量比之间的近似线性关系，并表明利用ALMA的空间和光谱能力可以测量幅度。因此，这些测量可以用来限制盘星质量比。
2021-11-30 astro-ph.EP
Photoevaporation obfuscates the distinction between wind and viscous angular momentum transport in protoplanetary discs
该研究通过纳入粘性、磁流体动力学盘风及内外光致蒸发的数值模型，证明光致蒸发会显著掩盖两类角动量输运机制的可观测差异，并指出中等FUV环境中的演化盘最利于区分二者。
2023-12-07 astro-ph.EP
Bifurcated Evolutionary Pathways in Multi-planet Systems Driven by Misaligned Protoplanetary Disks
本研究揭示错位原行星盘与恒星扁率导致多行星系统分叉演化：低错位角产生共面低斜度系统，高错位角引发非绝热转变、激发链失稳，预测幸存系统与开普勒观测一致。
2025-04-11 astro-ph.EP
Polar alignment of a protoplanetary disc around an eccentric binary III: Effect of disc mass
Martin & Lubow（2017）发现，一个围绕偏心双星的初始充分错位的低质量原行星盘经历了倾斜角和升交点经度的阻尼节点振荡。耗散导致演化向一个静止状态的极性对齐，其中光盘位于垂直的二进制轨道平面与角动量对齐的偏心率向量的二进制。我们使用流体动力学模拟和分析方法来研究光盘的质量如何影响这一过程。模拟结果表明，一个光盘与非零质量解决到一个固定的状态，在框架中的二进制，广义的极性状态，在一定程度上较低的水平的不对准相对于二进制轨道平面，在协议的分析模型。假设圆盘进入这种广义的极性状态，观测确定的失准角和双星性质可以用来确定环双星圆盘的质量。我们将此约束应用于HD 98800中的环双星盘。我们得到了与模拟结果近似一致的有质量环联星环极线排列的解析判据。非常宽的错位盘经历破裂，但内部区域至少仍可能演化为极性状态。盘的长期演化取决于我们发现倾向于减小的双星偏心率的演化。虽然极对齐所需的参数范围有所减少，增加光盘的质量，这样的对齐似乎可能为一组广泛的初始条件，预计在原恒星的circumbinary光盘。
2019-09-24 astro-ph.EP
The structure of protoplanetary discs around evolving young stars
具有气体包层的行星的形成发生在原行星吸积盘中，时间尺度为数百万年。小的尘埃颗粒相互粘附形成卵石，卵石在湍流中集中形成星子和行星胚胎并成长为行星，行星经历了大量的径向迁移。所有这些过程都受到原行星盘的基本结构的影响，特别是温度，气体尺度高度和密度的分布。最小质量太阳星云（MMSN）通常使用的圆盘结构是所有这些量的简单幂律。然而，原行星盘模型与粘性和恒星加热显示几个颠簸和下降的温度，规模的高度和密度所造成的过渡不透明度，这是失踪的MMSN模型。这些在行星的形成中起着重要的作用，因为它们可以通过流动不稳定性作为星子形成的甜蜜点，并影响I型迁移的方向和幅度。我们提出了二维模拟的吸积盘，具有辐射冷却，粘性和恒星加热，并与原行星盘和它们的宿主恒星的观察到的演化阶段。这些模型使我们能够确定首选的星子和行星形成地区的原行星盘的金属丰度，吸积率和寿命的函数。我们推导出简单的拟合公式，具有所有的结构特征的原行星盘在几个百万年的演变。这些适合是直接适用于任何生长阶段的行星，其中需要详细的知识，基本盘结构的建模。
2014-12-25 astro-ph.EP
Vortex cycles at the inner edges of dead zones in protoplanetary disks
在原行星盘中，湍流区和层流区之间的内边界是行星形成的有利位置，因为固体可能被困在界面本身或罗斯贝波不稳定性产生的漩涡中。磁盘热力学和湍流动力学在该位置是englomerate，因为热电离的湍流耗散的重要性，相反，热电离的湍流。然而，大多数以前的工作都忽略了这种动力学耦合，从而错过了在这个区域的物理学的一个关键因素。在本文中，我们的目的是确定如何电离和湍流之间的相互作用的影响的形成和发展的旋涡之间的界面上的活动和死区。使用Goddle程序RAMSES，我们进行了磁流体动力学的三维全球数值模拟的MRI-湍流原行星盘的圆柱模型，包括磁效应以及温度依赖的电阻率。与类似的二维粘性模拟的比较已被广泛用于帮助识别相关的物理过程和磁盘的长期演变。我们发现，在界面处形成的旋涡，由于Rossby波不稳定性，向内迁移，并穿透活动区，它被破坏的湍流运动。随后，一个新的漩涡出现几十个轨道后，在界面上，新的漩涡向内迁移。这一序列不断重复，导致涡旋形成、迁移和破裂的循环。使用两种不同的代码成功地再现了这种行为。在本文中，我们描述了这种旋涡的生命周期，并讨论了它的影响行星形成在死/活跃界面。我们的模拟突出了在死区内边缘的旋涡演化的重要性的牺牲过程。
2014-11-12 astro-ph.EP
Global evolution of the magnetic field in a thin disc and its consequences for protoplanetary systems
原行星盘中大规模磁场的强度和结构仍然未知，尽管它们可能对盘的动力学和演化产生重要影响。使用平均场的方法，我们通过增强的扩散系数模型的湍流的影响，我们研究了大规模的极向磁场在一个全球模型的薄吸积盘的时间演化，特别注意原行星盘。在通常假设的传输系数下，磁场强度不会径向向内显著增加，从而导致盘的内部部分中的相对较弱的磁场。我们表明，考虑到圆盘的垂直结构和磁场对气流的反作用（如Guilet & Ogilvie（2012）所获得的），采用更现实的输运系数，磁场可以径向向内显著增加。调整磁场分布以达到盘的内部中的等离子体$β$参数（中平面热压力与磁压力的比率）的平衡值。这个$β$的值很大程度上取决于盘的长宽比和湍流磁普朗特数，并且位于原行星盘的$10^4-10^7$范围内。这样的磁场预计将显着影响原行星盘的动力学，通过增加的MHD湍流的强度和发射的外流。我们讨论了我们的研究结果的影响，原行星盘的演变和强大的喷气式飞机的形成观察到的T-金牛星系统。
2014-03-15 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
Turbulent Thermal Diffusion: A Way to Concentrate Dust in Protoplanetary Discs
作用在气体和颗粒混合物上的湍流一般使后者均匀地扩散通过前者。然而，在存在背景气体温度梯度的情况下，称为湍流热扩散的现象表现为颗粒漂移速度（而不是扩散项）。这个过程将粒子从热的区域移动到冷的区域。我们重新推导湍流热扩散使用天体物理学的语言，并证明它可以发挥重要作用，在原行星盘通过集中粒子的数十倍。这样的浓度将为集体行为，如流动不稳定性，从而形成星子奠定基础。
2015-12-08 astro-ph.EP
On the convective overstability in protoplanetary discs
本文探讨了原行星盘死区低层流体动力活动的驱动力。当热扩散或冷却既不太强也不太弱时，通常通过旋转稳定的小的不利径向熵梯度会激发振荡对流（“对流超稳定性”）。我重新审视线性理论的不稳定性，讨论其患病率在原行星盘，并表明，不稳定的模式是精确的非线性解决方案，在当地Boussinesq限制。然而，超稳模式不能无限增长，因为它们受到二次参数不稳定性的影响，将其振幅限制在相对较低的水平。如果寄生物设置了随后湍流的饱和水平，那么对流超稳定性可能太弱而不能驱动显著的角动量输送或产生涡旋。但我也讨论了一种替代的，更有力的，饱和路线，产生径向的“层”或“纬向流”（也见证了在对流）。需要数值模拟来确定哪种结果在现实的光盘中是有利的，因此不稳定性对光盘动力学有多重要。
2015-10-21 astro-ph.EP
The circulation of dust in protoplanetary discs and the initial conditions of planet formation
我们研究的后果模型的固体循环在原行星状星云中，空气动力学阻力是由原恒星外流或盘风的物质循环到外盘抵消。这些循环尘埃最终由于引力不稳定性而变得不稳定，形成微行星，最终导致30- 50个地球质量的微行星在R<1AU的尺度上沉积。这样一个模型可以提供一个适当的理由近似幂律的初始条件，需要复制观察到的行星系在现场组装。
2014-03-26 astro-ph.EP
Constraining protoplanetary disks with exoplanetary dynamics: Kepler-419 as an example
我们研究了开普勒-419的起源，这是一个特殊的系统，拥有两个几乎共面和高度偏心的气体巨星，其拱点方向围绕反对齐振动，并使用这个系统来限制它们出生的原行星盘的性质。我们遵循Petrovich，Wu和Ali-Dib（2019）的提议，即这些行星被放置在这些轨道上是耗散的大质量盘的进动效应的自然结果，并通过使用直接N体模拟和气体盘演化模型（包括光蒸发）来扩展它。基于参数空间的探索，我们发现，为了重现系统，初始盘质量必须至少为95 M_Jup，并且在至少10^4年的时间尺度上耗散。这个质量是一致的，观察到的磁盘质量分布的上端，和耗散时标是一致的光蒸发模型。我们使用简化的一维薄盘模型研究了这些盘的性质，并表明它们是引力稳定的，这表明这两颗行星必须通过核心吸积形成，因此容易发生盘迁移。因此，我们最后调查的敏感性，这种机制的外行星的半长轴，并发现附近的7：1，8：1，和9：1的平均运动共振可以完全淬灭这种机制，而更高阶的共振也可以显着影响系统。假设这两颗行星避免了这些高阶共振和/或近距离相遇，动力学似乎对行星c的半长轴相当不敏感，因此轨道迁移是由盘驱动的。
2020-09-14 astro-ph.EP
Coevolution of Binaries and Gaseous Discs
$\it Kepler$最近发现的环双星行星对当代的行星形成模型提出了质疑。要了解这些行星是如何形成的，需要描述它们的形成环境，环联星的原行星盘，以及盘和联星如何相互作用和变化。中央双星激发周围原行星盘的共振，驱动双星轨道要素和盘的演化。为了探索这些相互作用如何影响二进制偏心率和盘结构的演变，N体光滑粒子流体动力学（SPH）模拟的气体原行星盘周围的二进制开普勒38的基础上运行的$10^4$二进制周期的几个初始的二进制偏心率。我们发现，近圆双星弱耦合到光盘通过参数不稳定性和激发光盘偏心增长。偏心双星强烈耦合到磁盘造成偏心增长的磁盘和二进制。足够偏心的双星，强烈耦合到磁盘周围的磁盘开发的$m = 1$螺旋波发射的1：3偏心外林德布拉德共振（EOLR），对应于对齐的气体粒子经度的近星点。所有系统显示二进制半长轴衰减由于耗散的粘性盘。
2016-10-19 astro-ph.EP
Gas and multi-species dust dynamics in viscous protoplanetary discs: the importance of the dust back-reaction
我们研究了一个粘性原行星盘的动力学承载人口的尘埃颗粒的大小范围。我们计算稳态的解决方案，并表明，径向运动的气体和尘埃可以偏离大幅度从一个单一尺寸的尘埃人口。虽然尘埃对气体的气动阻力比所有颗粒都与气体最佳耦合的情况下要弱，但尘埃颗粒的累积“反反应”仍然可以显著改变气体动力学。在典型的原行星盘中，与无尘（粘性）情况相比，尘埃反反应的净效应减少了气体吸积流，即使尘埃与气体的比例为$1\%$。在外部圆盘中，灰尘颗粒通常不太强烈地耦合到气体并朝向中平面沉降，灰尘反反应甚至可以驱动向外的气体流动。此外，大颗粒的径向向内漂移在内部圆盘区域中的气体运动以下被减少，而小的尘埃颗粒在整个圆盘范围内遵循气体动力学。由此产生的尘埃和气体动力学可以产生可观察的结构，如气体和尘埃腔。我们的研究结果表明，尘埃反反应可以发挥重要作用的动力学和观测外观的原行星盘，不能忽视的模型中的原行星盘的演化。
2018-11-21 astro-ph.EP
Migrating Low-Mass Planets in Inviscid Dusty Protoplanetary Discs
圆盘驱动的行星迁移是行星系形成的一个组成部分。在标准的以气体为主的原行星盘中，低质量行星或行星核心经历快速向内迁移，并丢失到中心恒星。然而，最近的几项研究表明，原行星盘中的固体成分可以对盘-行星相互作用产生显着的动力学影响，特别是当固体与气体的质量比接近1或更大时，尘埃对气体的拖曳力变得显着。由于有几种方法可以提高原行星盘中的固体丰度，例如通过盘风和压力隆起中的尘埃捕获，因此了解行星如何通过尘埃环境迁移是很重要的。为此，我们通过一套系统的高分辨率，二维数值模拟研究行星在尘埃丰富的磁盘迁移。我们表明，低质量行星的向内迁移可以减缓尘埃动力学共转力矩。我们还确定了一个新的制度，随机迁移适用于磁盘的灰尘与气体的质量比$\gtrsim 0.3$和粒子斯托克斯数$\gtrsim 0.03$。在这些情况下，盘-行星的相互作用导致小规模的持续发展，强烈的尘埃漩涡分散了行星，这可能会阻止甚至逆转向内的行星迁移。我们简要讨论了我们的结果的观测意义，并强调了未来工作的方向。
2020-07-16 astro-ph.EP
Two mechanisms for dust gap opening in protoplanetary discs
基于行星周围引力运动的对称性，我们确定了两种不同的机制：（1）小质量行星不干扰气体，通过内盘引力的潮汐力矩打开尘埃间隙，但受到外盘引力的抵制;和II）通常的阻力辅助机制，其中质量较大的行星在气盘中产生最大压力，然后阻力扭矩作用于尘埃中进一步抽空。第一种机制在粉尘中产生间隙而不是气体，而第二种机制在粉尘相中产生更深的部分或全部气体间隙。粉尘间隙不一定表示气体间隙。
2016-02-24 astro-ph.EP
Drag-driven instability of a dust layer in a magnetized protoplanetary disc
本文研究了原行星盘中的阻力驱动不稳定性，原行星盘由一层与磁化气体耦合的单尺寸尘埃颗粒组成，并考虑了颗粒-气体反馈。我们找到了轴对称线性扰动的色散关系，数值计算了不稳定模的增长率。在没有粒子-气体反馈的情况下，长期的引力不稳定性预示着尘埃层是不稳定的，而如果气体成分的Toomre参数是固定的，磁场会显著地放大不稳定性。我们还表明，即使是一个弱的磁场是能够放大的不稳定性或多或少的尘埃气体耦合无关。
2016-05-30 astro-ph.EP
Multi-wavelength observations of protoplanetary discs as a proxy for the gas disc mass
最近对原行星盘的观测揭示了可能由嵌入行星引起的盘的子结构。我们研究如何在光盘的气体表面密度改变所观察到的形态散射光和尘埃连续发射。假设光盘子结构是由于嵌入式原行星，我们结合流体动力学模型与辐射转移模拟尘埃原行星盘托管行星。不同种类的尘埃对行星引起的引力扰动的反应取决于阻力停止时间--一个通常未知的局部气体密度的函数。附着在气体上的小尘埃颗粒呈螺旋状。较大的晶粒去耦，表现出越来越多的轴对称（环状）子结构去耦增加晶粒尺寸或与反转的气体盘质量。我们发现，同时建模的散射光和尘埃连续发射是能够约束的斯托克斯数，${\rm St}$。因此，如果粉尘性质已知，则这约束了结构位置处的局部气体表面密度$Σ_{\rm gas}$，从而约束了总气体质量。特别是，我们发现，在毫米发射晶粒观察环状结构需要${\rm St} \gtrsim 0.4$，因此$Σ_{\rm gas} \lesssim 0.4\,\textrm{g/cm}^{2}$。我们应用这个想法，观察到的原行星盘显示在散射光和尘埃连续体的子结构。
2019-08-23 astro-ph.EP
On linear dust-gas streaming instabilities in protoplanetary discs
通过一组非常简化的方程，我们重新审视了线性流动不稳定性（技术上是一种过稳定性），它存在于尘埃原行星盘中，并且对尘埃原行星盘具有潜在的重要性（Youdin & Goodman 2005）。我们的目标是更好地理解这种不稳定性的物理起源，这是出了名的微妙。旋转动力学似乎对这种类型的不稳定性至关重要，而一维笛卡尔模型无法捕捉到这种不稳定性。尘埃“堆积”在移动的压力最大值是一个重要的触发机制的不稳定性，和阻力反馈的尘埃后，气体允许这些最大值得到加强。科里奥利力和背景漂移抵消了压力的影响。
2011-04-28 astro-ph.EP
Vortex weighing and dating of planets in protoplanetary discs
对一些原行星盘的高分辨率亚毫米观测揭示了非对称特征，这通常可以解释为在嵌入行星的间隙边缘形成的漩涡中的尘埃浓度。我们使用最近的结果的时间尺度上的行星驱动的旋涡发展在低粘度光盘上的质量和年龄的行星产生的旋涡设置限制。在一个有涡旋的原行星盘系统中，已知中心恒星的年龄，可以将行星质量的下限设定在几十个$M_\oplus$的水平上。此外，行星质量的独立上限将限制行星的年龄，尽管考虑到目前的直接成像检测限制，这一限制还不是非常严格（它也敏感地依赖于盘刻度高度）。这些结果可以推广到解释行星质量吸积的历史，如果它是已知的。我们应用我们的计算，以几个原行星盘窝藏旋涡状的功能所揭示的ALMA和设置的限制$(30-50)M_\oplus$（光盘长宽比$0.1$）的最小质量的推定行星，可能是负责这些旋涡。我们的基于涡旋的方法提供了一种独立的方式来约束嵌入式行星的属性，与其他方法互补。
2023-01-04 astro-ph.EP
How the microphysical properties of external photoevaporation influence the global evolution of protoplanetary discs
本研究探讨了原行星盘微观物理特性（如PAH丰度和颗粒生长）如何通过影响外部光蒸发质量流失率，进而显著改变盘半径和吸积率等全局演化过程。
2025-04-02 astro-ph.EP
On the evolution of the snow line in protoplanetary discs II: Analytic approximations
我们研究了包含死区（零或低湍流区域）的原行星盘中雪线的演化。雪线是在一个自引力的死区的一部分，我们得到了一个完全解析的解决方案，其半径。我们的公式可能会被证明是有用的，为未来的观测尝试，以确定人口的行星以外的雪线。来自中心恒星的喜剧射线或X射线等外部来源可以电离圆盘表面层，并允许磁旋转不稳定性驱动那里的湍流。我们发现，只要该层的表面密度小于约50 g/cm ^2，在初始爆发阶段之后，死区溶液存在，直到圆盘通过光蒸发分散。我们证明，雪线半径是显着大于一个完全湍流盘模型预测，在我们自己的太阳系，它仍然在地球的轨道半径之外。因此，将死区纳入原行星盘模型解释了我们的地球是如何在水很少的情况下形成的。
2013-06-21 astro-ph.EP
Toroidal vortices and the conglomeration of dust into rings in protoplanetary discs
我们确定了一个新的流体动力学的不稳定性原行星盘，可能会出现由于尘埃-气体比的变化，并可能导致尘埃颗粒在光盘内的浓度。不稳定性可能由于尘埃沉降而产生，这产生了垂直成分熵梯度。熵梯度驱动斜压不稳定性，能够产生环形气体涡旋，将尘埃聚集成环。这样的尘埃环可以通过尘埃的连续发射或散射光观察到。事实上，这种不稳定性可能为最近在年轻恒星HL Tau和TW Hya周围的圆盘中观察到的环提供了一种解释，这种环不依赖于原行星的清除。不稳定性也可能有更广泛的影响，可能有助于尘埃凝聚，改变更大的星子的径向迁移，并改变圆盘内的角动量传输。
2015-07-20 astro-ph.EP
Global MHD simulations of stratified and turbulent protoplanetary discs. II. Dust settling
本文的目的是研究小尘埃粒子在原行星盘的垂直分布，其中角动量传输是由于磁旋转不稳定性驱动的MHD湍流。我们考虑的颗粒尺寸范围从大约1微米到几毫米。我们使用基于网格的MHD代码进行全球性的双流体模拟湍流原行星盘，其中包含各种尺寸的尘埃颗粒。在准稳态下，尘埃粒子的重力沉降由湍流扩散平衡。该过程的简单和标准模型不能准确地描述粉尘密度的垂直分布。对于小的尘埃颗粒（几微米大小），特别是在盘的上层（$Z>3H$，其中$H$是刻度高度），差异更大。在这里，简单模型预测和模拟结果之间的差异可能有几个数量级。这是因为MHD湍流在吸积盘中是不均匀的，因为速度波动在强烈磁化的日冕发展的盘上层显着增加。我们提供了一个替代模型，提供了一个更好的适合模拟。在这个模型中，尘埃粒子扩散远离中平面的MHD湍流，但扩散系数垂直变化，并在任何地方都成比例的当地湍流垂直速度波动的平方。尘埃粒子的空间分布可以用来追踪原行星盘中MHD湍流的性质，如速度波动的幅度。在未来，数值模拟和观测之间的详细和直接的比较应该被证明是一个有用的工具，用于约束原行星盘中的湍流特性。
2009-01-28 astro-ph.EP
Pebble drift and planetesimal formation in protoplanetary discs with embedded planets
在原行星盘中通常可以观察到近轴对称的间隙和环。关于这些图案的起源的主要理论是，它们是由于嵌入行星的引力扭矩引起的气体间隙边缘的尘埃捕获。如果间隙边缘的固体浓度变得足够高，则可能通过流动不稳定性导致星子形成。我们测试这一假设进行全球1-D模拟尘埃演化和星子形成的原行星盘，是由多个行星扰动。我们探索了不同的颗粒大小，盘参数和行星质量的组合，并发现在所有这些情况下，星子的形式。我们还比较了我们的模拟与原行星盘观测卵石的空间分布。大于一个卵石隔离质量的行星在其气体间隙的边缘有效地捕获漂流的卵石，并且取决于间隙边缘的星子形成的效率，原行星盘在几十万年内转变为具有没有灰尘的大内孔的过渡盘或具有狭窄明亮环的盘。对于行星质量低于卵石隔离质量的模拟，结果是一个具有一系列弱环图案的圆盘，但环之间没有强烈的耗尽。将卵石的大小人为地降低到100微米大小的“淤泥”，我们发现行星之间的区域在长达50万年的时间尺度上耗尽了它们的卵石质量。这些模拟产生的星子也比标称模型中的毫米级粒子少，并且在100万年后仍然可以看到至少两个卵石环。
2020-01-29 astro-ph.EP
Parametric instability in a free evolving warped protoplanetary disc
低粘度的翘曲吸积盘由于惯性波的参数共振而容易产生流体动力学不稳定性，这一点已被局部模拟所证实。翘曲盘的全球模拟，使用平滑粒子流体动力学（SPH）或基于网格的代码，是无处不在的，但没有这样的不稳定性已经看到。在这里，我们利用一个混合戈杜诺夫型拉格朗日方法研究参数不稳定性的全球模拟翘曲开普勒光盘在前所未有的高分辨率（高达1.2亿个粒子）。在全局模拟中，在不稳定性发生之前，翘曲的传播由线性弯曲波方程很好地描述。在全球模拟中第一次捕捉到的随之而来的湍流抑制了相对轨道倾角，并导致角动量赤字的减少。结果，翘曲在一个弯曲波交叉时间内经历显著的阻尼。观测到的原行星盘扭曲很可能是由伴星或盘破裂的后果维持的。
2020-11-09 astro-ph.EP
On the dynamics of planetesimals embedded in turbulent protoplanetary discs
原行星盘中的角动量输运和吸积通常被认为是由MHD湍流通过磁旋转不稳定性（MRI）驱动的。嵌入这些圆盘中的固体（尘埃颗粒、巨石、微行星和行星）的动力学可能受到湍流的强烈影响，因此行星系的形成路径部分取决于湍流的强度和空间分布。我们使用三维MHD模拟研究了嵌入湍流原行星盘中的半径在1米至10公里之间的微行星的动力学。微行星受到气体阻力和随机引力的作用，这是由于湍流盘造成的。在这项研究中，我们使用并比较了局部剪切箱模拟和全球模型的结果。这项工作的主要目的是检查：的增长，和可能的饱和度，嵌入式微行星的速度色散作为其大小和光盘参数的函数;微行星的径向迁移和扩散的速率;剪切盒和全球模拟结果一致的条件下。当使用尺寸为4 H x 16 H x 2 H的剪切盒（H为局部尺度高度）时，我们发现局部和全局模拟之间存在良好的一致性。由于螺旋密度波的激发和传播，所获得的密度波动的幅度对盒子的尺寸敏感。这影响了微行星所经历的随机强迫。[...]我们的模型表明，充分发展的MHD湍流在原行星盘将嵌入星子的破坏性影响。相对较低的湍流水平需要的星子吸积的传统模型的运作，这是一致的存在一个死区的原行星盘。
2010-07-07 astro-ph.EP
Trapping of Low-Mass Planets Outside the Truncated Inner Edges of Protoplanetary Discs
本文利用二维粘性流体动力学模拟研究了低质量行星（$\lesssim 10 M_\oplus$）在原行星盘内缘附近的迁移。我们采用了一个内边界条件表示截断的光盘在恒星的共转半径。如Tsang（2011）所述，内盘边界的波反射改变了行星上的I型迁移扭矩，使迁移在行星到达盘的内边缘之前停止。对于低粘度盘（$α\lesssim 10^{-3}$），行星可能被困与半长轴一样大的$3-5$倍的内部磁盘半径。一般来说，行星被困在更接近内边缘的行星质量或光盘粘度参数$α$增加，和远离内边缘的光盘厚度增加。这种行星捕获机制可能会影响紧密多行星系统的形成和迁移历史。
2017-10-27 astro-ph.EP
Streaming instability in the quasi-global protoplanetary discs
本文利用PIERNIK程序，采用双流体近似（中性气体和尘埃），研究了准球形、非分层原行星盘中的流动不稳定性。我们比较放大率的本征模式在数值模拟中，相应的增长所产生的线性稳定性分析的完整系统的欧拉方程，包括气动阻力。根据Youdin & Goodman（2005）的研究，我们发现：（1）由于气体和尘埃的方位角速度不同，加上拖曳力，尘埃会快速聚集;（2）初始密度扰动会放大几个数量级。我们表明，多流体扩展的简单而有效的松弛TVD计划，在PIERNIK实现，导致的结果，这是与其他方法得到的结果是兼容的。
2013-07-23 astro-ph.EP
Warping a protoplanetary disc with a planet on an inclined orbit
最近对几个原行星盘的观测发现了在盘的内部区域偏离平面圆周运动的证据。对这些观测结果的一个可能的解释是圆盘弯曲，这可能是由一颗行星在未对准的轨道上引起的。我们对原行星盘和未对准的行星之间的潮汐相互作用进行了三维数值模拟。对于低行星质量，我们表明，我们的模拟准确地模拟倾斜的行星轨道（中等倾角）的演变。对于一颗质量足以形成间隙的行星，圆盘被分成两个部分，行星轨道内部和外部的气体分别演化，形成内部和外部圆盘。由于行星的倾斜，在行星轨道上产生了翘曲，使得这些圆盘之间存在相对倾斜和扭曲。我们表明，当其他参数保持不变，相对倾角，发展之间的内部和外部光盘取决于外半径的总光盘建模。对于一个给定的光盘质量，我们的研究结果表明，观测相关的翘曲更强烈地依赖于行星的质量，而不是轨道的倾角。
2018-08-16 astro-ph.EP
Dust settling against hydrodynamic turbulence in protoplanetary discs
提高原行星盘中的局部尘气比是小行星形成的必要的第一步。在层流盘中，灰尘沉降是提高盘中平面处的灰尘与气体比的有效机制。然而，湍流，如果存在的话，可以搅动和提升尘埃颗粒，这最终阻碍了微行星的形成。在这项工作中，我们研究尘埃沉降在原行星盘与流体动力学湍流维持的垂直剪切不稳定性。我们进行轴对称的数值模拟来研究湍流，颗粒大小，固体丰度或金属含量对尘埃沉降的影响。我们强调的积极作用，施加到气体上的尘埃沉降，以克服垂直剪切不稳定的阻力。在典型的圆盘模型中，我们发现具有斯托克斯数$\sim 10^{-3}$的粒子可以沉积到气体标度高度的$\lesssim 10\%$，条件是$Σ_\mathrm{d}/Σ_\mathrm{g}\gtrsim 0.02$ - $0.05$，其中$Σ_\mathrm{d,g}$分别是灰尘和气体的表面密度。这与小颗粒通过流动不稳定性进行聚集的金属性条件相一致。因此，超太阳的金属丰度，至少是局部的，需要一个自洽的图片的小行星的形成。我们的研究结果还意味着，尘埃环中观察到的原行星盘应具有较小的尺度高度比尘埃间隙，环和间隙之间的金属丰度对比超过相应的气体密度的对比。
2019-03-08 astro-ph.EP
Tatooine Nurseries: Structure and Evolution of Circumbinary Protoplanetary Disks
最近开普勒任务发现的环双星行星为了解它们的诞生地--距离小于1天文单位的恒星双星周围的原行星盘提供了动力。我们探讨的性质和演化，这种circumbinary磁盘重点修改其结构所造成的潮汐耦合的二进制。我们开发了一套分析尺度关系描述粘性演化的磁盘属性，这是验证和校准使用一维数值计算与现实的输入。中心双星的角动量注入抑制了双星的质量吸积，并使粘性角动量通量FJ的径向分布不同于中心无力矩的标准吸积盘中的分布。中心无质量吸积的微扰形成半径平坦的F_J剖面。温度和表面密度的径向分布也与围绕单个恒星的圆盘中的情况大不相同。由双星和粘性耗散驱动的密度波的阻尼主导了内部盘的加热（在1-2 AU内），将冰线推到3-5 AU之外，这取决于盘的质量和年龄。辐射的二进制支配磁盘热力学超过~10 AU。然而，热的内盘的自遮蔽可能会使中心照明在~20 AU范围内变得无关紧要。环双星盘的光谱能量分布在10微米左右呈现出独特的凸起，这可能有助于识别未解析双星周围的盘。有效的潮汐耦合到磁盘驱动器的轨道inspiral的联星，并可能导致低质量和紧凑的联星合并成一个单一的恒星在磁盘的寿命。我们通常发现，环双星盘是行星形成的有利场所（尽管有更宽的挥发性耗尽区），这与开普勒环双星行星的统计数据一致。
2015-09-29 astro-ph.EP
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
Rayleigh Adjustment of Narrow Barriers in Protoplanetary Discs
在原行星盘中的尖锐密度特征，例如在磁死区的边缘，最近被提出作为有效的障碍，以减缓甚至阻止行星核心向其中心恒星的快速迁移。然而，在接近圆盘垂直尺度高度的径向尺度上的密度特征可能不存在，因为它们可能是瑞利（或更一般的Solberg-Hoiland）不稳定的。在一维粘性吸积盘模型中必须明确地检查稳定性，因为这些不稳定性在减少全套轴对称方程的过程中被人为地消除。盘热力学，通过熵分层，其垂直结构也影响稳定性时，尖锐的密度功能。我们提出了粘性盘模型的瑞利调整的概念：任何密度特征，违反瑞利稳定性（或其推广）应径向扩散的流体动力学湍流的动态时间尺度上，接近边缘稳定性在一个准连续的方式。
2009-11-16 astro-ph.EP
The aeolian-erosion barrier for the growth of metre-size objects in protoplanetary-discs
风成侵蚀是一种破坏性过程，可通过与气体环境的相互作用侵蚀小型行星物体。风成侵蚀作用于广泛的环境和各种条件。在类地行星的地球物理学背景下，对风成侵蚀进行了广泛的探索。在这里，我们表明，原行星盘中的鹅卵石，巨石和小星子的风蚀可以构成行星形成早期阶段的一个重要障碍。我们使用的分析计算表明，在原行星盘的条件下，小天体（$10-10^4 \rm{m}$）是非常容易受到气体阻力的风沙侵蚀。在这个尺寸范围内，风成侵蚀可以有效地将星子侵蚀到几十厘米大小，并抑制这种小天体的进一步生长。因此，这对建议用来缓解米级障碍的通道造成了潜在的困难。然而，一旦/如果盘中存在较大的微行星和行星胚胎，则由风成侵蚀产生的$\sim$分米大小的鹅卵石可能会通过增加鹅卵石吸积的效率来促进较大（>km大小）微行星和行星胚胎的生长。
2020-06-24 astro-ph.EP
Exciting spiral arms in protoplanetary discs from flybys
在许多原行星盘中观察到螺旋臂。这些旋臂可以被束缚或非束缚轨道上的伴星激发。我们模拟的情况下，一个未绑定的扰动，即飞越，激发旋臂在近星点通道。我们运行三维流体动力学模拟的抛物线飞越遇到气体原行星盘。扰动质量范围从$10\, \rm M_J$到$1\, \rm M_{\odot}$。扰动激发了一个双臂螺旋结构，具有更突出的螺旋功能，更高的质量扰动。两个手臂随着时间的推移而演变，最终缠绕起来，与以前的作品一致。重点分析了在整个加工过程中螺旋线的速度和螺距角。在近星点，两个旋臂的初始速度接近于扰动器的角速度，然后随着时间的推移逐渐减小。螺旋角也随着时间的推移而减小。螺旋消失后，几个当地的轨道时间。一个倾斜的椭圆轨道飞掠诱导出与共面飞掠相似的圆盘子结构。太阳质量飞越事件导致原行星盘的偏心率增加，导致偏心盘结构随着时间的推移而衰减。螺旋的形态和圆盘的偏心率可以用来搜索可能存在飞越的圆盘周围的潜在未结合恒星或行星。未来的高分辨率圆盘观测和专门的调查将有助于限制在附近恒星形成区域发生此类恒星相遇的频率。
2023-03-10 astro-ph.EP
