Growing dust grains in protoplanetary discs - II. The Radial drift barrier problem
我们的目标是研究原行星盘中不断增长的尘埃颗粒的迁移,其中生长和迁移是紧密耦合的。这包括了尘埃颗粒增长的径向漂移障碍的关键问题。因此,我们扩展了在论文I中进行的研究,考虑模型的晶粒生长和晶粒动力学的迁移和生长速率取决于晶粒尺寸和在光盘中的位置。圆盘轮廓和生长模型的参数空间进行了详尽的探索。在这样做时,也提供了在数值模拟中发现的晶粒运动的解释。我们发现,大量的情况下,需要完全考虑晶粒的径向运动,提供了大量的可能的结果。它们中的一些导致尘埃颗粒被吸积到中央恒星上,而另一些则没有。然后我们发现,圆盘需要q<1才能保持其生长的粒子,其中q是径向温度分布T(R)的指数,与R^-q成正比。此外,初始的尘埃与气体的比例必须超过一个临界值,才能有效地堆积颗粒,从而避免被吸积到中心恒星上。还发现圆盘能有效地保留由碎裂再生的小尘埃颗粒。我们展示了这些结果是如何敏感的湍流模型考虑。尽管一些物理过程被忽略了,这项研究允许勾勒出一个场景,其中颗粒可以生存的径向漂移障碍在原行星盘,因为他们的成长。
2013-11-06 astro-ph.EP
Gas Phase Ion Species Released During Grain Collisions: Implications For Protoplanetary Disks
University of Duisburg-Essen(杜伊斯堡-埃森大学)
本研究通过质谱法检测晶粒碰撞释放的分子,发现碰撞会释放水等吸附物,为原行星盘摩擦电离的重要性提供了实验支持。
2026-08-03 astro-ph.EP
Growing dust grains in protoplanetary discs - I. Radial drift with toy growth models
在一系列的论文中,我们提出了一个全面的分析研究的全球运动的增长尘埃颗粒在原行星盘,解决径向漂移和垂直沉降的颗粒。在这里,我们研究尘埃颗粒的径向漂移如何受到颗粒生长的影响。在第一步中,玩具模型,其中晶粒生长可以是恒定的,加速或减速。运动方程是解析可积的,因此颗粒动力学很容易理解。生长晶粒的径向运动由生长和迁移过程的相对效率决定,该相对效率由无量纲参数λ以及分别表示为p和q的气体表面密度和温度分布的指数表示。当λ是为了统一,增长和迁移强烈耦合,提供最有效的径向漂移。对于所考虑的玩具模型,当-p+q+1/2<0时,颗粒堆积。重要的是,我们显示了第二个过程的存在,可以帮助光盘保留其固体材料。为了加速生长,颗粒以有限半径结束迁移,从而避免被吸积到中心恒星上。
2013-11-06 astro-ph.EP
Photophoretic Levitation and Trapping of Dust in the Inner Regions of Protoplanetary Disks
在原行星盘中,尘埃颗粒相对于气体和相对于不同大小的颗粒的差异重力驱动的沉降决定了颗粒的可观测性,并为颗粒生长和最终行星形成设定了条件。在这项工作中,我们探讨了在积极吸积的原行星盘的内部区域的大尘埃颗粒的沉降的电泳效应。尘埃颗粒上的光泳力是由气体分子与受热不均的颗粒碰撞而产生的。我们进行一维尘埃沉降计算,以确定尘埃颗粒在磁盘的每列的平衡垂直分布。在这个过程中,我们引入了一个新的治疗的电泳力,这是一致的,在所有的光学深度与代表性的辐射强度场的双流辐射转移近似。大尘埃颗粒的悬浮产生了一个比中平面高出几个尺度的尘埃陷阱,在吸积能量耗散显著的圆盘内部区域。我们发现,差异沉降的尘埃颗粒是从根本上改变在这些地区的磁盘,与大尘埃颗粒被困在一个层以下的恒星照射表面的尘埃与气体的质量比可以提高了一个因素的100个相关的粒子。电泳捕集效应对颗粒尺寸和孔隙率有很强的依赖性。
2017-01-09 astro-ph.EP
A Fast and Accurate Calculation Scheme for Ionization Degrees in Protoplanetary and Circumplanetary Disks with Charged Dust Grains
发展了一种快速、精确计算含尘埃颗粒的原行星盘和环行星盘电离度的方法。我们应用我们的方法计算了环行星盘的电离度。了解原行星/环行星盘的结构和演化是很重要的,因为它们被认为是行星/卫星形成的场所。引起气体吸积的湍流被认为是由磁旋转不稳定性(MRI)驱动的,磁旋转不稳定性仅在电离度足够高以使磁场耦合到气体时发生。我们计算了环行星盘的电离度,以估计MRI不活跃区域的大小。我们适当地包括尘埃颗粒的影响,因为它们有效地捕获带电粒子,使电离度较低。包含尘埃颗粒使反应方程复杂化,需要昂贵的计算。为了加速电离反应的计算,我们发展了一种基于电荷分布模型的半解析方法。这种方法使我们能够研究广泛的模型参数的磁盘的电离状态。对于以前的模型的环木星盘,我们发现,MRI不活跃的区域几乎覆盖了所有的地区,即使没有尘埃颗粒。这表明,在环行星盘中的气体吸积率比以前认为的要小得多。
2011-09-07 astro-ph.EP
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
The effect of carbon grain destruction on the chemical structure of protoplanetary disks
与星际介质相比,地球的整体成分明显贫碳,这种现象延伸到了小行星带。要解释这个碳缺乏的问题,颗粒中的碳质成分必须在行星形成之前,在原行星盘的内部区域转化为气相。我们研究碳颗粒破坏的化学结构的磁盘上的分子丰度和分布,使用一个全面的化学反应网络计算的效果。当碳颗粒被破坏并且气体的元素丰度变得富碳时,含碳分子(例如HCN和碳链分子)的丰度在中平面附近急剧增加,而含氧分子(例如H $_2$ O和CO $_2$)被耗尽。我们将这些模型的计算结果与太阳系中的固体碳分数进行了比较。虽然我们发现了一个碳消耗梯度,但存在一些定量差异:模型显示在小行星带位置处的值较高,而在地球位置处的值较低。此外,使用得到的分子丰度分布,再加上线辐射转移计算,我们作出预测ALMA潜在的观察附近的原行星盘中的碳颗粒破坏的影响。结果表明,HCN、H $^{13}$ CN和c-C $_3$ H $_2$可能是较好的示踪剂。
2018-12-11 astro-ph.EP
The Radial Profile of Dust Grain Size in the Protoplanetary Disk of DS Tau
原行星盘中的尘埃颗粒是如何克服快速的径向漂移并从微米大小的颗粒成长为行星的,目前还没有很好的了解。关键是寻找尘埃积累和增长的证据,作为半径的函数。我们研究的径向轮廓的晶粒尺寸在DS Tau盘拟合多波段ALMA观测与自洽辐射转移模型。最适合的晶粒尺寸范围从内部圆盘的厘米到外部区域的30微米。这种由内而外的减少趋势与尘埃演化理论相一致。基于最佳拟合模型,我们发现2木星质量的尘埃已经耗尽的差距。考虑到气体与尘埃的质量比,损失的质量足以形成文献流体动力学模拟推断的3.5木星质量的行星。此外,我们的模拟还表明,在间隙和环之间的界面区域,晶粒尺寸分布显示出不连续性,其幅度依赖于辐射转移分析中采用的尘埃模型。未来需要在更高的角分辨率下进行多波长观测,以更好地约束圆盘子结构附近的晶粒尺寸及其变化。
2022-11-30 astro-ph.EP
The tensile strength of dust aggregates consisting of small elastic grains: Constraints on the size of condensates in protoplanetary disks
关于星子形成的共识现在面临着威胁,因为最近对尘埃聚集体力学性质的数值研究倾向于质疑亚微米大小的颗粒在原行星盘中聚集成星子的概念图。随着精确的实验室实验和广泛的计算机模拟的弹性球体之间的相互作用,包括灰尘聚集体,我们重新审视的模型由小的弹性颗粒组成的灰尘聚集体的拉伸强度。在接触力学和断裂力学的框架下,我们研究了粉尘聚集体拉伸强度的计算机模拟和实验室实验的结果。我们提供了一个新的分析公式,明确纳入了抗拉强度的体积效应,即,抗拉强度的粉尘聚集体的体积的依赖性。我们发现,我们的尘埃聚集体的拉伸强度模型很好地再现了计算机模拟和实验室实验的结果,如果采用适当的值的弹性参数在模型中使用。此外,亚微米级颗粒尘埃聚集体的模型与天文观测得出的彗星尘埃和流星体的拉伸强度是一致的。因此,我们重申了普遍认为的观点,即星子的形成始于原行星盘中凝聚的亚微米级颗粒的聚集。
2020-07-08 astro-ph.EP
Residence Times of Particles in Diffusive Protoplanetary Disk Environments II. Radial Motions and Applications to Dust Annealing
彗星和原行星盘外部区域的结晶颗粒的起源仍然是个谜。有人认为,这种颗粒是通过在原行星盘的热的内部区域中对无定形前体进行退火而形成的,在那里发现了这种转变所需的温度,然后通过一些动力学手段向外传输。在这里,我们开发了一种方法来跟踪尘埃颗粒会采取通过扩散原行星盘的路径,并检查粒子会看到超过10 $^{6}$年的时间周期在动态盘的环境的类型和范围。然后,我们结合这个模型与三个退火定律,研究如何动态演变的非晶晶粒将导致他们的物理结构调整和交付到磁盘的各个区域。研究发现,“兄弟粒子”--那些在给定的时间段内位于同一位置的粒子--通过磁盘采取广泛的独特和独立的路径到达那里。虽然高温可以持续在磁盘很长一段时间,我们发现,这些晶粒被运送到磁盘的寒冷的外部区域主要是退火的前几个$\times10^{5}$年的磁盘历史。这表明,外盘中的晶粒结晶度将在早期确定,并在盘的历史中保持不变,与最近的天文观测一致。
2011-08-24 astro-ph.EP
Radiation pressure mixing of large dust grains in protoplanetary disks
年轻恒星周围的尘埃盘是由星际尘埃形成的,这些尘埃由无定形的亚微米颗粒组成。然而,在彗星和陨石中发现的颗粒,以及在年轻恒星光谱中追踪到的颗粒,包括必须在超过1,000 K的温度下经历退火或冷凝的大晶粒,即使它们与从未经历过如此高温度的周围物质混合。这促使大规模混合理论能够将热改变的颗粒从吸积盘内部的热部分转移到外部较冷的盘区域,但所有这些假设都可能存在问题。在这里,我报告说,尘埃盘产生的红外辐射可以将大于1微米的颗粒从内部盘中发射出来,于是它们在盘上方滑行时被恒星辐射压力向外推。对于给定的颗粒尺寸和固体密度,颗粒在太冷而不能产生足够的红外辐射压力支持的半径处重新进入盘。观测到的盘的性质表明,这一过程可能在几乎所有年轻的恒星和年轻的棕矮星中都很活跃。
2009-05-14 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
Two Different Grain Size Distributions within the Protoplanetary Disk around HD 142527 Revealed by ALMA Polarization Observation
来自原行星盘的偏振辐射的起源是不确定的。对于这种极化发射,已经提出了三种机制:磁场的晶粒排列、辐射梯度的晶粒排列和热尘埃发射的自散射。为了从观测上识别偏振机制,我们提出了ALMA偏振观测的0.87毫米的尘埃连续排放对拱盘周围HD 142527具有高空间分辨率。我们确认,在北部地区的偏振矢量是一致的自散射。此外,我们表明,在南部地区的极化矢量是一致的晶粒排列的磁场,虽然不能排除自散射。为了了解极化机制之间的差异,我们提出了一个简单的粒度偏析模型:小尘埃颗粒($\lesssim$ 100微米)占主导地位,并与磁场在南部地区,和中等大小($\sim100$微米)的晶粒在上层发射自散射极化发射在北部地区。北部区域中的中间平面附近的晶粒尺寸无法测量,因为0.87 mm处的发射是光学厚的。然而,可以推测,较大的尘埃颗粒($\gtrsim$ cm)可能会聚集在这个平面附近。这些结果与先前对星盘的分析结果一致,在该分析中,发现了来自北部地区的大颗粒积累和光学厚发射。该模型也与较小的尘埃颗粒与磁场对齐的理论一致。磁场是环形的,至少在南部地区是这样。
2018-07-27 astro-ph.EP
Effect of lift force on the aerodynamics of dust grains in the protoplanetary disk
我们新近将升力引入到原行星盘尘埃颗粒的空气动力学中。虽然许多作者已经研究了拖曳力、重力和电力对尘埃颗粒的影响,但升力从未被认为是作用在气盘中尘埃颗粒上的力。如果颗粒在流体中旋转和移动,那么升力就施加在它们身上。本文证明了尘埃颗粒由于频繁的碰撞而不断旋转,从而使升力继续作用于它们,这在一定的参数空间中是有效的,对于最小质量的太阳星云,尘埃颗粒的尺寸大于~ 1 m,与中心恒星的距离大于1 AU.此外,我们还估计了升力对颗粒运动的影响,得到了当Stokes数和升阻比都为~ 1时,升力引起的颗粒间平均相对速度与Kepler转动系中的气体速度相当的结果.这种估计是在稳态和各向同性自旋角动量的假设下进行的。我们还估计了粒子继续旋转时的平均相对速度,并得出结论,在质量最小的太阳星云中,升力对平均相对速度的影响很小。如果盘中存在颗粒集中区,由于碰撞率高,升力引起的相对速度可能在那里占主导地位。
2014-08-19 astro-ph.EP
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
Size and density sorting of dust grains in SPH simulations of protoplanetary discs
尘埃颗粒的大小和密度决定了它们对原行星盘中气体阻力的反应。空气动力学(尺寸x密度)分选是解释陨石颗粒特性和化学分馏的机制之一。然而,空气动力学分选的效率和它可能发生在光盘中的位置仍然是未知的。虽然已经广泛研究了圆盘中颗粒尺寸和生长的影响,但是缺少包括粉尘成分的同时分析。在这项工作中,我们提出了动态演化和增长的多组分尘埃在原行星盘使用3D,双流体(气体+尘埃)光滑粒子流体动力学(SPH)代码。我们发现,灰尘垂直沉降的特点是由两个阶段:一个密度驱动的阶段,导致灰尘的垂直化学分选和尺寸驱动的阶段,提高了较轻的材料在中平面的量。我们还看到了一个有效的径向化学分选的灰尘在大规模。我们发现,尘埃颗粒的空气动力学分类在内部光盘。从演化的早期阶段开始,盘表面的Fe/Si比变为亚太阳,但在演化的晚期阶段,在盘的外中平面也可以发现亚太阳的Fe/Si比。圆盘中的聚集体模拟了陨石的物理和化学性质,这表明空气动力学分选在确定其最终结构方面发挥了重要作用。
2017-03-30 astro-ph.EP
Ferromagnetism and particle collisions: applications to protoplanetary disks and the meteoritical record
陨石记录显示铁分配和钨同位素分配之间的矩阵和球粒。钨的丰度不足以驱动其自身的同位素分配,但如果钨与铁相关,那么铁磁相互作用颗粒可以帮助解释这两种观察结果。我们推导出一个实用的参数化粒子相互吸引的粒子磁偶极矩所造成的粒子-粒子碰撞率的增加。虽然适当的磁性参数仍然不确定,我们表明,在原行星盘的环境磁场预计将足够强,磁化铁金属轴承尘埃颗粒足以驱动大的增加,其碰撞率。这种富含铁金属的颗粒之间碰撞率的增加可能有助于保持原始铁和W同位素的不均匀性,并有助于解释为什么陨石记录显示它们在太阳星云中的分配。磁相互作用的重要性较大的晶粒的增长是平衡的破碎是不太清楚,将需要未来的实验室或数值研究。
2016-03-10 astro-ph.EP
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
Revisiting the "radial-drift barrier" of planet formation and its relevance in observed protoplanetary discs
上下文为了在原行星盘中形成米级的前星子,生长中的颗粒必须在快速径向迁移阶段与气体分离,然后才能吸积到中心恒星上,从而克服所谓的“径向漂移障碍”(通常不准确地称为“米级障碍”)。目标。预测尘埃颗粒在原行星盘中径向运动的结果,其表面密度和温度分别遵循幂律分布,指数分别为p和q。我们调查的爱泼斯坦和斯托克斯阻力制度,管理的尘埃运动。方法.我们解析积分的运动方程从扰动分析。我们将这些结果与运动方程的直接数值积分的结果进行了比较。然后,利用观测到的圆盘数据,我们预测了真实圆盘中尘埃颗粒的命运。结果当尘埃颗粒到达圆盘的内部区域时,由于压力梯度的增加而产生的加速度被气体阻力的增加所抵消。我们发现爱泼斯坦(Epstein)中的大多数谷物(分别。如果-p +q+1/2 \leq 0(分别为如果q为\leq 2/3)。大多数观测到的圆盘都满足-p +q+ 1/2 \leq 0和q \leq 2/3:它们的大部分小颗粒和大颗粒都保留在圆盘中,对它们来说,径向漂移势垒不存在。
2011-11-14 astro-ph.EP
Impacts of dust feedback on a dust ring induced by a planet in a protoplanetary disk
当一颗行星在原行星盘中形成一个很深的缝隙时,尘埃颗粒就无法通过缝隙。因此,尘埃颗粒的密度可以增加到与外边缘处的气体密度相同的水平。在这样一个多尘的区域,来自漂移的尘埃颗粒对气体的反馈是不可忽略的。我们进行了二维两流体(气体和尘埃)的流体动力学模拟。我们发现,当尘埃颗粒的径向流动通过间隙停止时,由于尘埃反馈和尘埃颗粒的扩散,可以形成一个宽的尘埃颗粒环。在我们模拟的参数范围内,形成宽尘环的行星最小质量与卵石隔离质量一致。尘埃颗粒的宽环是形成原行星固体核的良好环境。如果环形成在类太阳恒星周围的圆盘中,位于$\sim 2\ \mbox{AU}$,环内可能会形成一个大质量的固体核心($\sim 50M_{\oplus}$),这可能与持有大质量固体核心的热彗星(如HD 149026 b)的形成有关。在这颗矮星的盘面中,$\sim 0.5\ \mbox{AU}$周围的尘埃环内可以形成许多地球大小的行星,这可能解释了由多颗地球大小的行星组成的行星系统围绕着这颗矮星,如TRAPPIST-1。
2018-11-20 astro-ph.EP
Puffed up Edges of Planet-opened Gaps in Protoplanetary Disks. I. hydrodynamic simulations
在明亮的原行星盘中,尘埃间隙和尘埃环似乎无处不在。行星与行星之间的相互作用,以及行星引起的间隙边缘的尘埃捕获,是一个合理的解释。然而,一些观测到的尘埃环的清晰度表明,在某些系统中,亚毫米大小的尘埃颗粒已经沉降到薄层上。我们通过对嵌入行星的原行星盘进行三维尘埃加气体模拟,来测试行星打开的气体间隙周围的尘埃是否可以保持稳定。我们发现行星的质量足以打开气体间隙,在间隙边缘将小的亚毫米大小的尘埃颗粒搅拌到高的圆盘高度,在那里尘埃尺度高度可以达到气体尺度高度的70%。我们把这种尘埃的“膨胀”归因于Fung & Chiang等人先前确定的行星引起的纬向气流。因此,我们强调明确的3D模拟的重要性,以获得亚毫米大小的颗粒周围的气体间隙大规模的行星打开的垂直分布。我们警告说,气体间隙开放行星的解释定义明确的尘埃环是唯一的自我一致的大颗粒超过毫米的大小。
2021-03-16 astro-ph.EP
On the Grain-Modified Magnetic Diffusivities in Protoplanetary Disks
弱电离的原行星盘(PPD)会受到非理想磁流体动力学(MHD)效应的影响,包括欧姆电阻率、霍尔效应和双极扩散(AD),由此产生的磁扩散系数($η_O, η_H$和$η_A$)在很大程度上控制着盘的气体动力学。晶粒的存在不仅大大降低了盘电离分数,而且还修改了磁场强度的$η_H$和$η_A$的标度。我们推导出解析渐近表达式的$η_H$和$η_A$在强和弱场的限制,并表明,对强场,$η_H$可以改变符号(在阈值场强$B_{\rm th}$),模仿场极性的翻转,和AD大幅减少。应用到PPD,我们发现,当小$\sim0.1$($0.01$)$μ$ m晶粒是足够丰富的[质量比$\sim0.01$($10^{-4}$)],$η_H$可以改变符号到$\sim2-3$标度高度以上的中平面在中等场强(等离子体$β\sim100$)在很宽的磁盘半径范围。AD的减少对AD为主的外盘也很大,并可能激活磁旋转不稳定性。我们进一步进行本地非理想的磁流体模拟的内盘(在10 AU),并表明,有足够丰富的小晶粒,磁场放大由于霍尔剪切不稳定性饱和在非常低的水平附近的阈值场强$B_{\rm th}$。结合以前的研究,我们最后讨论的PPD气体动力学的颗粒丰度依赖的现象。
2015-11-23 astro-ph.EP
Effects of Chemistry on Vertical Dust Motion in Early Protoplanetary Disks
我们提出了一个新的现象影响尘埃颗粒在早期原行星盘的陆地区域的沉降的可能性。沉降尘埃颗粒在盘演化的早期在热的内部区域蒸发,凝结和蒸发对垂直沉降的影响是显著的。本文提出了一个考虑物理和化学因素的一维降尘模型。模拟结果表明,尘埃颗粒在下降到较热的内部时蒸发,形成“凝结锋”,在凝结锋上方,尘埃的主要成分Mg、Si和Fe积累,形成大的温度梯度。在前面反复蒸发抑制晶粒生长,和小晶粒尺寸提高不透明度远离中平面。包括辐射传热和冷凝理论在内的自洽计算表明,中间盘的温度可能足够高,硅酸盐保持蒸发的时间比以前的估计要长。凝结锋的形成导致高度难熔元素(如Al和Ca)和中等难熔元素(如Mg、Si和Fe)之间的对比沉降行为,表明星子中的元素丰度可能不是挥发性的简单函数。
2017-08-24 astro-ph.EP
Badminton Birdie-Like Aerodynamic Alignment of Drifting Dust Grains by Subsonic Gaseous Flows in Protoplanetary Disks
University of Virginia(弗吉尼亚大学);Carnegie Science(卡内基科学);Zhejiang University(浙江大学);University of Illinois(伊利诺伊大学);National Radio Astronomy Observatory(国家射电天文台);Worcester State University(伍斯特州立大学);Instituto Argentino de Radioastronomía, CCT-La Plata (CONICET)(阿根廷无线电天文研究所,拉普拉塔中心(阿根廷国家科学研究委员会));Monash University(蒙纳士大学)
本研究针对原行星盘大尘埃颗粒的环向对齐机制难题,提出类似羽毛球的质心偏移气动对齐假说,推导亚音速下椭球颗粒解析运动方程,验证长/扁椭球均可对齐,且对齐时标适配轨道周期,对齐方向与盘结构及斯托克斯数相关。
2025-10-01 astro-ph.EP
3D Lagrangian turbulent diffusion of dust grains in a protoplanetary disk: method and first applications
为了了解气态湍流原行星盘中尘埃颗粒的化学和同位素组成在其在盘中的旅程中是如何改变的,确定它们各自的轨迹是很重要的。在这里,我们研究的尘埃扩散运输拉格朗日数值模拟使用流行的“湍流扩散”的形式主义。然而,它自然地以欧拉形式表示,这不允许研究单个粒子的轨迹。我们提出了一个简单的随机和物理上合理的模拟湍流扩散的拉格朗日形式,克服了这些困难的过程。结果表明,尘埃的净扩散通量F与气体密度(ρ)梯度和尘埃扩散系数Dd成正比:(F=Dd/ρ \timesgrad(ρ))。它导致尘埃在盘的中平面向内输送,同时有利于盘的上层向外输送。我们目前的测试和应用程序比较灰尘扩散的中面和上层,以及样本轨迹的颗粒具有不同的大小。我们还讨论了宇宙化学和SPH代码的潜在应用。
2011-05-17 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
Size-dependent charging of dust particles in protoplanetary disks Can turbulence cause charge separation and lightning?
本文利用 ProDiMo 二维热化学模型研究原行星盘中不同尺寸尘埃颗粒的带电行为与电荷平衡,识别出中平面低层温暖区域最可能产生闪电,但湍流诱导电场远低于临界电场,表明该机制难以引发闪电。
2023-08-08 astro-ph.EP
Grain charging in protoplanetary discs
最近的工作确定了尘埃凝结的生长障碍,起源于碰撞粒子之间的电排斥。根据其电荷状态,尘埃材料可能具有控制行星形成的关键过程的潜力,例如在双向过程中耦合的MHD(磁流体动力学)湍流和晶粒生长。我们量化的颗粒充电在不同阶段的光盘演化和区分两个非常极端的情况下:紧凑的球形颗粒和聚集体的分形维数D_f = 2。应用一个简单的化学网络,占碰撞充电的谷物,我们提供了一个半解析解。这使我们能够有效地计算颗粒电荷和电离分数的平衡人口。从静态到非静止盘配置的不同动态环境的颗粒充电进行了评估。结果表明,中性气相重金属(如镁)的吸附/脱附影响颗粒的荷电状态。金属和主要分子离子的热速度之间的差异越大,平均颗粒电荷的变化就越大。平均而言,团聚体比相同质量的致密球形颗粒具有更多的负过剩电荷。平均颗粒电荷的增加与离子尘埃极限中的N**(1/6)成正比。我们发现,在一个非静止的磁盘环境中的颗粒充电预计将导致类似的结果。结果表明,在尘埃生长受到所谓的“静电势垒”限制的区域中,尘埃生长和沉降不会阻止尘埃材料保持占主导地位的载流子。
2011-12-12 astro-ph.EP
The Role of Tiny Grains on the Accretion Process in Protoplanetary Disks
像多环芳烃这样的微小颗粒被认为可以显著降低弱电离气体(如原行星盘(PPD))中气体和磁场之间的耦合,因为它们提供了巨大的表面积来重组自由电子。因此,PPD中微小颗粒的存在提出了一个问题,即磁旋转不稳定性(MRI)是否能够驱动快速吸积,以与观测结果一致。带电微粒具有与离子类似的导电性质,其存在导致电导率张量的定性新行为,其特征为n_bar/n_e>1,其中n_e和n_bar分别表示自由电子和所有其他带电粒子的数密度。特别是,当n_bar/n_e超过10^3时,欧姆电导率由带电颗粒而不是电子主导,并且霍尔和双极扩散(AD)系数在AD主导区域中相对于欧姆区域减小了(n_bar/n_e)^2倍。应用Bai(2011)的方法,我们发现在PPD中,当多环芳烃足够丰富(> 1 e-9/H_2)时,存在一个约10-20 AU的过渡半径r_transs,超过该半径,MRI活性层延伸到盘中平面。当r<r_transs时,乐观预测的磁共振驱动吸积率M_dot比无颗粒情况下的小1 ~ 2个数量级,与观测值相比,这一数值太小,但一般不小于太阳丰度为0.1 μ m颗粒时的预测值。当r>r_transs时,由于带电微粒对AD的净减少,预测的M_dot值明显超过无微粒情况,达到1 e-8M_Sun/yr的数倍。这足以解释在过渡盘中观察到的M_dot。较大的颗粒(>0.1微米)质量太大,无法达到像微小颗粒那样的高丰…
2011-07-14 astro-ph.EP
On the Evolution of Dust Mineralogy, From Protoplanetary Disks to Planetary Systems
对原行星盘和太阳系天体中尘埃颗粒散发出的硅酸盐特征进行矿物学研究,可以揭示行星形成的过程。彗星、陨石和行星际尘埃颗粒中的晶体物质的重要部分表明,几乎完全无定形的ISM尘埃是由它们形成的。因此,结晶硅酸盐的产生一定发生在原行星盘中,尘埃在那里演化形成行星和星子。人们提出了不同的设想,但仍不清楚这种情况如何以及何时发生。本文介绍了年轻巨蛇座星系团完整的原行星盘样品的尘埃颗粒矿物学。这些结果进行了比较,在年轻的金牛座地区和来源,保留了他们的原行星盘在较老的上天蝎座和Eta Chamaeleontis星团,使用相同的分析技术的所有样本。这种比较允许调查的颗粒矿物学演化与时间的总样本的139个磁盘。平均年龄和磁盘的分数被用来作为指标的不同群体的进化阶段。我们的研究结果表明,在不同地区的磁盘有相似的平均晶粒尺寸和结晶度分数(~10 - 20%)的分布,尽管在平均年龄的蔓延。此外,没有证据表明任何给定的磁盘几何形状的优先晶粒尺寸,也没有平均集群结晶度分数增加的平均年龄在1 - 8百万年的范围内。主要的含义是,在早期(<100万年),在盘表面建立了适度水平的结晶度,达到了一个平衡,这与盘中平面可能发生的事情无关。这些结果在行星形成的背景下进行了讨论,并与我们太阳系中小天体的矿物学结果进行了比较。[摘要]
2011-04-18 astro-ph.EP
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
Uncertainties of the dust grain size in protoplanetary disks retrieved from millimeter continuum observations
该研究通过运行参考辐射转移模型生成多波长合成图像,用解析解拟合探究原行星盘尘埃颗粒尺寸反演的不确定性,发现多波长观测可降低参数简并,且盘倾角对反演效果影响显著。
2024-10-05 astro-ph.EP
Millimeter-wave polarization due to grain alignment by the gas flow in protoplanetary disks
如果尘埃颗粒被拉长并沿同一方向排列,它们就会发出固有的偏振辐射。颗粒排列的方向是由外力决定的,例如磁场、辐射和对着尘埃颗粒的气流。在这封信中,我们将气流作用下的晶粒排列概念(称为机械排列)应用到原行星盘的情况。我们假设颗粒具有一定的螺旋度,这将导致与短轴平行的颗粒速度对周围的磁盘气体的对齐,并讨论了极化矢量的形态在原行星盘。我们发现,偏振矢量的方向取决于斯托克斯数,这表示如何以及粮食耦合到气体。如果斯托克斯数小于1,偏振的方向是在方位角方向,因为尘埃对气体的速度是在径向方向。如果斯托克斯数是一样大的统一,偏振矢量显示出领先的螺旋图案,因为径向和方位角分量的气体速度对尘埃颗粒是可比的。这表明,如果观测到的偏振矢量显示出领先的螺旋图案,这将表明尘埃颗粒的斯托克斯数大约是1,这可能是径向漂移。
2019-03-08 astro-ph.EP astro-ph.SR
Bouncing Grains Keep Protoplanetary Disks Bright
University of Toronto(多伦多大学)
本研究提出尘埃颗粒碰撞屏障阻止生长,使原行星盘在数百万年内保持明亮,同时限制了尘埃的径向迁移和相关吸积过程。
2025-11-24 astro-ph.EP
Azimuthal Dust Polarization from Aerodynamically Aligned Grains as Evidence for the Streaming Instability in Protoplanetary Disks
National Radio Astronomy Observatory(国家射电天文台);Iowa State University(爱荷华州立大学);University of Virginia(弗吉尼亚大学);New Mexico State University(新墨西哥州立大学);Institut de Ciències de l’Espai (ICE), CSIC(空间科学研究所(ICE),西班牙高等科学研究委员会);Instituto Argentino de Radioastronomía (CCT-La Plata, CONICET(阿根廷射电天文研究所);UNLP(拉普拉塔国立大学天文与地球物理科学学院);CICPBA)(莱斯大学);Facultad de Ciencias Astronómicas y Geofísicas, Universidad Nacional de La Plata;Rice University
研究通过尘埃极化方向揭示原行星盘中流体不稳定性现象,利用三维模拟发现极化方向与尘埃密度相关,高密度区域极化方向与盘面方位一致。
2026-07-21 astro-ph.EP
Protoplanetary dust porosity and FU Orionis Outbursts: Solving the mystery of Earth's missing volatiles
众所周知,地球上的挥发性亲石元素以一种难以解释的方式耗尽。我们解决了这个异常的模型,结合了原行星盘中碰撞生长的尘埃颗粒的孔隙度与加热从FU Orionis事件,显着提高原行星盘温度。来自FU Orionis事件的加热改变了尘埃的空气动力学性质,同时蒸发了挥发物。这导致尘埃沉降,放弃了那些挥发物。这个模型成功地解释了地球的元素组成,有力地证明了太阳系外的原行星盘中存在着高度多孔的碰撞生长尘埃颗粒。此外,它还展示了尘埃孔隙度的热(或基于冷凝)变化以及空气动力学如何成为行星形成的一个强有力因素,导致尘埃盘中快速引力不稳定性的发生以及随后形成微行星的坍缩。
2014-04-15 astro-ph.EP
Dust concentration and emission in protoplanetary disks vortices
我们研究了原行星盘涡旋中尘埃的浓度和排放。我们扩展了Lyra-Lin解决方案的粉尘浓度的一个单一的颗粒尺寸的幂律分布的颗粒尺寸$n(a) \propto a^{-p}$。假设尘埃守恒的磁盘,我们发现一个分析的尘埃表面密度作为一个函数的晶粒半径。我们计算了尘埃与气体的质量比$ε$的增加和尘埃粒度分布的斜率$p$,由于颗粒分离的漩涡。我们应用这个模型的数值模拟的磁盘包含一个持续的旋涡。由于大颗粒向涡中心聚集,$ε$从背景盘值增加10倍,而$p$从3.5减小到3.0。我们发现在毫米波段的磁盘发射对应的ALMA和VLA的综合观测。在7毫米和1厘米的模拟地图显示出强烈的方位不对称性。这是因为,在这些波长下,盘变得光学薄,而涡旋保持光学厚。大的涡旋不透明度主要是由于尘埃与气体质量比的增加。此外,尘埃粒度分布的斜率的变化使不透明度增加了2倍。我们还表明,包括尘埃散射不透明度大大改变磁盘的图像。
2017-11-03 astro-ph.EP
Size and density sorting of dust grains in SPH simulations of protoplanetary disc II: Fragmentation
在原行星盘中,颗粒的生长和碎裂是形成大型尘埃聚集体的重要过程。使用3D两相(气尘)SPH代码,我们调查的增长和破碎的多相灰尘与不同的破碎阈值在一个时间演化的光盘的综合影响。我们发现,我们的基准盘,最初在碎裂制度,走向纯增长制度在几千年。时间尺度根据光盘和灰尘属性而变化。当碎片是有效的,它产生,在不同的区域的磁盘,铁/硅和岩石/冰的比例不同于那些预测时,只考虑纯增长。在某些陨石中观察到的化学分馏和铁的贫化/富集可能与前体尘埃颗粒的尺寸密度分选和碎裂特性有关。我们认为,聚集的南极组件可能发生的地方/时,碎片是没有效率的,如果他们的空气动力学排序必须保存。只有当它们具有类似的碎裂特性时,球粒陨石成分才允许在碎裂区进行空气动力学分选。我们发现,在内盘,并为相同的时间间隔,破碎的灰尘可以增长更大的颗粒的大小相比,预测纯增长。这种违反直觉的行为是由于大量的灰尘堆积在破碎区,然后在该区过渡到纯生长状态时发生快速生长。作为一个重要的结果,尘埃可以在几千年内克服径向漂移障碍。
2019-10-10 astro-ph.EP
Outward Motion of Porous Dust Aggregates by Stellar Radiation Pressure in Protoplanetary Disks
我们研究了原行星盘表层的尘埃运动。在恒星辐射压力的作用下,表面层的尘埃颗粒通过气体拖曳力进行角动量输运,向外迁移。在本研究中,我们利用辐射压力计算了致密颗粒和多孔尘埃团向外运动的质量通量。本文用球簇的T矩阵方法计算了多孔尘埃聚集体的辐射压力。首先,我们确认,多孔尘埃聚集体被迫强辐射压力,即使他们成长为更大的聚集体相比,均匀和球形紧凑的颗粒,辐射压力的效率变得较低,当他们的尺寸增加。此外,我们还发现,当尘埃粒子的尺寸为几微米时,在半径为1 AU时,单体尺寸为0.1 $μ$ m的多孔尘埃粒子的向外质量通量比致密粒子的向外质量通量大一个数量级。这意味着像富含钙铝的包裹体(CAIs)这样的大的致密颗粒很难通过恒星辐射压力被输送到外部区域,而像南极多孔行星际尘埃颗粒(CP-IDPs)这样的多孔尘埃聚集体则被有效地输送到彗星形成区域。晶体硅酸盐可能是在恒星辐射压力的作用下,以多孔尘埃聚集体的形式从原太阳星云的内部热区向外部冷彗星区迁移的。
2014-11-18 astro-ph.EP
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
Enhanced Pebble Drift Across Planet-Opened Gaps in Windy Protoplanetary Disks
University of Florida(佛罗里达大学)
本研究通过二维多流体模拟发现,磁驱动风能增强卵石漂移,使毫米级颗粒穿透巨行星开凿的间隙,从而影响内盘行星形成。
2025-10-08 astro-ph.EP
Gaps, rings, and non-axisymmetric structures in protoplanetary disks - Emission from large grains
尘埃颗粒的大小约(分)毫米,预计只有微弱的耦合到气体运动的区域超过10 AU的拱盘。在这项工作中,我们研究了此类颗粒的空间分布对磁化原行星盘(亚)毫米外观的影响。我们进行非理想的全球3D磁流体分层磁盘模拟,包括不同尺寸的颗粒(50微米至1厘米),使用拉格朗日粒子求解器。我们计算的空间尘埃温度分布,包括动态耦合的亚微米尺寸的尘埃颗粒,并通过辐射转移模拟得到理想的连续再发射光盘的地图。最后,我们调查的可行性,以观察特定的结构,在热再发射地图与阿塔卡马大型毫米/亚毫米阵列(ALMA)。死区外缘附近的压力凸起导致颗粒被捕获在环形结构中。更具体地说,圆盘中的涡流集中了灰尘,并在方位角方向上产生了固体材料的不均匀分布。大尺度盘扰动被保留在(亚)毫米再发射图中。观测到的结构与行星-盘相互作用的预期结果非常相似。较大的尘埃颗粒增加了间隙和环结构之间的亮度对比。我们发现,环,间隙和尘埃积累的漩涡可以追溯到ALMA的几个天文单位的规模在位于附近的恒星形成区域的拱星盘。最后,我们提出了一个简短的比较,这些结构与最近发现的ALMA在年轻的拱盘HL头和Oph IRS 48。
2016-03-16 astro-ph.EP
Multiwavelength optical properties of compact dust aggregates in protoplanetary disks
在原行星盘中,微米大小的尘埃颗粒凝聚形成形状和成分复杂的较大结构。凝聚过程以显著的方式改变了盘中颗粒的吸收和散射特性。为了正确解释原行星盘的观测结果,并将这些观测结果置于行星形成的第一步的背景下,理解这些复杂结构的光学特性至关重要。我们得出的光学性质的尘埃聚集体使用详细的计算聚集体的结构和比较这些计算要求的结果与近似的方法,更便宜的计算在实践中。通过这种方式,我们希望了解近似方法的优点和问题,并定义它们可以或不能用于分析发生显着晶粒生长的对象的观察的上下文。对于详细的计算,我们使用离散偶极子近似(DDA),一种能够计算光与形状复杂的非均匀粒子相互作用的方法。我们比较了使用球形和不规则,均匀和不均匀的颗粒所获得的结果。虽然没有近似方法可以正确再现大尘埃聚集体的所有特征,但可以使用形状不规则、多孔、不均匀的颗粒来分析尘埃的热特性。散射相函数的不对称性是聚集体尺寸的良好指标,而偏振度可能由组成颗粒的尺寸决定。来自聚集体的光学性质与最常用的标准(球形颗粒中的“天文硅酸盐”)显著不同。我们概述了一个计算速度快,相对准确的方法,可用于多波长分析的聚集尘埃在原行星盘。
2015-10-19 astro-ph.EP
Consistent Modeling of Non-equilibrium Dust Sublimation and the Interactions with Dust Evolution in the Inner Regions of Protoplanetary Disks
本研究通过DFT和KMC模拟证明硅酸盐尘埃升华是非平衡动力学过程,发现动力学抑制导致升华前沿随吸积率变化并呈碗状结构,表明内盘演化需摒弃平衡假设。
2025-09-14 astro-ph.EP
Dust grain shattering in protoplanetary discs: collisional fragmentation or rotational disruption?
在原行星盘中,尘埃颗粒凝聚成大的聚集体仍然知之甚少。颗粒孔隙度似乎是一个有前途的解决方案,让晶粒生存和形成星子。此外,尘埃破碎一般被认为只来自碰撞碎裂;然而,最近引入了一个新的过程,旋转破裂。我们编写了一个一维代码,模拟了颗粒漂移时的生长和孔隙度演变,以研究包括两个破碎过程时的最终结果。在模拟再现观测的圆盘模型中的晶粒演化时,我们发现与碎裂和径向漂移相比,旋转破裂是不可忽略的。当湍流参数$α\lesssim 5\xtenpow{-4}$,如果径向漂移足够慢时,破坏成为主导。我们表明,在晶粒的生长历史中断的重要性强烈依赖于它们的抗拉强度。
2023-01-05 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.SR
Ring Morphology with Dust Coagulation in Protoplanetary Disks
嵌入的行星和它们周围的原行星盘之间的潮汐相互作用通常被假设为产生所观察到的复杂的尘埃子结构,包括环,间隙和不对称性。在这封信中,我们探讨了尘埃凝结的尘埃动力学和环形态的后果。尘埃颗粒的凝聚导致尘埃尺寸的增长,在典型的磁盘条件下,产生更快的径向漂移,可能威胁到尘埃环的形成。利用二维流体动力学模拟的原行星盘,其中包括一个完整的治疗尘埃凝结,我们发现,如果行星不打开一个缺口不够快,形成一个内环阻碍由于尘埃凝结和随后的径向漂移。此外,我们还发现在尘埃盘外缘的尘埃排放中经常出现亚毫米级颗粒的“堆积”。
2019-12-24 astro-ph.EP
Effect of nucleation on icy pebble growth in protoplanetary discs
原行星盘中的固体颗粒可以通过冰线外的直接气相沉积而生长。然而,微观硅酸盐颗粒的存在可能会阻碍大卵石的生长,因为可用的蒸汽主要沉积在占总表面积的小颗粒上。为了解火星大气中的冰云而进行的非均质冰成核实验表明,在硅酸盐表面上形成新的冰层所需的水蒸气压力远远高于水蒸气在现有冰表面上的沉积。在本文中,我们研究了水冰上的蒸汽沉积所需的蒸汽分压与硅酸盐颗粒上的非均质冰成核的差异如何影响靠近水冰线的颗粒生长。我们开发并测试了一个动态的一维沉积和升华模型,其中我们包括径向漂移,沉积和扩散的湍流原行星盘。我们发现,蒸汽主要是沉积在已经被冰覆盖的颗粒上,因为冰线外部的蒸汽压对于裸露的硅酸盐颗粒上的异相成核来说太低了。因此,冰状颗粒可以在冰线周围的狭窄区域中生长为厘米大小的鹅卵石,而硅酸盐颗粒保持灰尘大小并扩散到圆盘上。异相冰成核的抑制导致在一个优先的区域生长成星子靠近冰线,我们发现大冰卵石。硅酸盐颗粒上的非均质冰成核的抑制也可能是在原行星盘中冰线周围观察到的一些暗环背后的机制,因为冰线外大冰卵石的存在导致那里的不透明度降低。
2019-09-10 astro-ph.EP
Grain growth in protoplanetary disks in the Upper Scorpius revealed by millimeter-wave spectral indices
Kyoto University(京都大学);National Astronomical Observatory of Japan(日本国立天文台);Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian(哈佛-史密森尼天体物理中心);California State University Northridge(北岭加州州立大学);Ludwig-Maximilians-Universität München(慕尼黑路德维希-马克西米利安大学)
通过毫米波谱指数研究,发现上天蝎座原行星盘颗粒生长与盘内半径扩展有关。
2025-11-20 astro-ph.EP
Evolution of Snow Line in Optically Thick Protoplanetary Disks: Effects of Water Ice Opacity and Dust Grain Size
用数值模拟方法研究了光学厚度原行星盘中雪线的演化。采用1+ 1维近似计算了圆盘内的温度和密度,得到了圆盘内的凝冰区域。雪线迁移的质量吸积率(\dot{M})在磁盘随时间的减少。用同样的数值方法计算了从盘吸积率高的早期阶段(\dot{M} \sim 10^{-7} M_sun/yr)到盘吸积率低的晚期阶段(\dot{M} \sim 10^{-12} M_sun/yr)的过程。结果表明,当\dot{M} > 10^{-10} Msun/yr时,雪线向内移动;当\dot{M} < 10^{-10} Msun/yr时,雪线逐渐向外移动。除了硅酸盐不透明度外,还考虑了冰的不透明度。在向内的迁移阶段,额外的冰不透明度增加了雪线到中心恒星的距离,对于100微米的尘埃颗粒,雪线的距离增加了1.3< 10 micro-meter in size and 1.6 for >倍。当α粘滞系数在0.001-0.1之间,尘气质量比大于太阳丰度值的十分之一时,雪线进入地球轨道是盘演化过程中的必然现象,尘埃颗粒小于1 mm。水的形成-摘要在整个盘演化过程中,类地行星区缺乏星子的现象似乎很难出现,这对行星形成理论提出了新的挑战。
2011-06-14 astro-ph.EP
TriPoD: Tri-Population size distributions for Dust evolution. Coagulation in vertically integrated hydrodynamic simulations of protoplanetary disks
针对原行星盘流体动力学模拟中尘埃演化计算成本高的问题,提出简单准确的三参数子网格凝聚模型TriPoD,可嵌入PLUTO代码,实现二维垂直积分模拟,并与DustPy软件良好拟合。
2024-10-30 astro-ph.EP
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
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
Collision velocity of dust grains in self-gravitating protoplanetary discs
我们已经进行了第一次全面的数值调查的尘埃粒子的相对速度分布在自引力原行星盘,以评估通过直接崩溃在这样的环境中的星子形成的可行性。的可行性取决于关键的大尺寸,优先收集在压力最大值所产生的瞬态螺旋功能(斯托克斯数,$St \sim 1$),这些尺寸尺度的增长需要碰撞速度保持足够低,晶粒生长不被破碎逆转。我们发现,对于一个单一大小的尘埃人口,速度驱动光盘的引力扰动是有效的$St > 3$,而耦合到气体速度占主导地位,否则。我们开发了一个标准来理解这一结果的停止距离是为了光盘规模的高度。然而,在多尺寸尘埃群中,由不同的径向漂移引起的相对速度太高,不允许硅酸盐尘埃颗粒生长超过$St \sim 10^{-2}$或$10^{-1}$($10\,\mathrm{cm}$到$\mathrm{m}$尺寸在$30\,\mathrm{au}$),这样的斯托克斯数不足以允许螺旋特征中的固体浓度。然而,对于冰冷的固体(它可以在几次$10\,\mathrm{m\,s}^{-1}$的碰撞中幸存下来),从恒星到$30\,\mathrm{au}$的增长可能超过$St \sim 1$($10\,\mathrm{m}$大小)。这样的天体将集中在螺旋形特征中,并可能通过引力坍缩产生更大的冰质微行星/彗星。这些微行星将获得适度的离心率,并在圆盘的剩余寿命中保持不变。
2016-02-29 astro-ph.EP
The evidence of radio polarization induced by the radiative grain alignment and self-scattering of dust grains in a protoplanetary disk
在原行星盘中引起毫米波偏振的机制仍在争论之中。为了解开偏振机制,我们利用阿塔卡马大型毫米/亚毫米阵列(ALMA)在3.1 mm处观测了HL Tau周围的原行星盘,并利用CARMA在1.3 mm处探测到了偏振,成功地探测到了3.1 mm处的环形方位偏振辐射,这表明尘埃颗粒的长轴方向与方位方向一致,这与拉长的尘埃颗粒的辐射排列理论是一致的,其中尘埃颗粒的长轴垂直于辐射通量。此外,在3.1毫米的偏振矢量的形态是完全不同的,从那些在1.3毫米。我们解释说,在3.1毫米的偏振为主的晶粒排列与辐射通量产生方位角偏振矢量,而自散射占主导地位,在1.3毫米,并产生平行于短轴的磁盘的偏振矢量。通过用单个晶粒群体模型对总极化分数进行建模,最大晶粒尺寸被约束为$100{\rm~μm}$,这小于先前基于3 mm处的ALMA和7 mm处的VLA之间的光谱指数的预测。
2017-07-06 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.SR