Radial migration of gap-opening planets in protoplanetary disks. II. The case of a planet pair
当两颗行星在一个原行星盘中诞生时,它们可能会进入一个平均运动共振,这是行星会聚迁移的结果。平均运动共振的形成对于理解行星系是如何在盘环境中形成的具有重要意义。最近的进展的理解的部分间隙开放的行星的迁移的动机,我们已经调查了行星对的轨道演化在广泛的质量和磁盘属性,目的是找出共振捕获时可能发生。使用我们以前工作中开发的间隙开放行星的迁移时标公式,我们推导出一个简单的标准,使我们能够预测迁移何时收敛(发散)。此外,我们已经验证了标准使用二维流体动力学模拟。我们发现,在演化早期形成的共振行星对可以在稍后的时间脱离共振,因为外层行星的迁移速度由于间隙的形成而减慢。此外,采用我们的迁移时间尺度公式,我们还进行了三体模拟,证实了水动力模拟的结果。最后,我们选择了已知的双行星系统样本,将我们的预测与观测结果进行了比较。
2020-05-08 astro-ph.EP
Halting the migration of super-Earths by efficient gap opening in radiative, low viscosity disks
本研究通过高分辨率辐射流体动力学模拟,揭示了近无黏辐射盘中辐射转移对超级地球迁移的关键作用,发现超热质量行星可因冷却介导的高效开缝停滞迁移,完善了行星迁移区域图谱。
2025-07-29 astro-ph.EP
Termination of an inward migration of a gap-opening planet triggered by dust feedback
由盘-行星相互作用引起的行星迁移是决定行星系结构的重要过程之一。一个足够大的行星会形成一个密度间隙,并随着间隙一起迁移。通过进行二维和双流体(气体和尘埃颗粒)流体动力学模拟,我们研究了尘埃反馈对间隙开放行星迁移的影响,这在以前的研究中没有考虑到。我们发现,在间隙的外缘的气体表面密度变得更小,由于灰尘反馈,从而从外盘施加的扭矩减小。这种机制随着差距的扩大和加深而变得有效。特别地,当行星的质量是行星大小并且湍流粘度是$α= 3\times 10^{-4}$时,行星可以由于从外盘施加的扭矩的减小而向外迁移。即使是一个较小的行星,迁移也会明显减慢。这种由尘埃反馈触发的向内迁移的终止可以解释为什么在原行星盘内经常可以观察到环和间隙结构。
2019-07-05 astro-ph.EP
Dead Zones as Thermal Barriers to Rapid Planetary Migration in Protoplanetary Disks
在气体原行星盘的标准模型中,行星迁移的速度非常快($\sim 10^5$年),这会危及行星系的存在。我们提出了一个新的机制,显着减缓快速行星迁移,发现通过辐射转移计算的热结构的原行星盘照射其中心恒星。尘埃快速沉降在盘的死区--一个湍流非常小的区域--在它的外缘留下了一堵尘埃墙。我们发现,这个辐射壁的死区的回热产生了一个积极的磁盘温度梯度,作为一个热屏障行星迁移,持续磁盘的寿命。虽然我们详细分析了M星周围低质量盘中超级地球的迁移,但我们的研究结果可以应用于各种年轻的行星系。我们比较我们的研究结果与其他潜在的重要停止机制,并表明,有大的参数空间,死区很可能发挥最重要的作用,再现所观察到的质量周期关系在较长的行星周期。
2010-01-27 astro-ph.EP
Dust Settling and Rapid Planetary Migration
行星迁移对于解释观测到的系外行星质量-周期关系至关重要。如果没有某种阻止机制,行星和它们的气体盘之间的潮汐共振相互作用通常会导致行星向内迁移,以至于它们在气体盘的寿命($\sim $ 1 - 3 Myrs)内陷入宿主恒星。我们研究行星迁移的分析计算的迁移率和时间内自洽计算,辐射加热盘周围的M星,其中包括尘埃沉降的影响。我们发现,尘埃沉降降低光盘的温度,并提高了中平面的气体密度。这种不可避免的圆盘结构的演化加速了低质量天体的I型行星迁移,最高可达2倍。我们还研究了灰尘沉降对间隙开口质量和II型迁移的影响,发现间隙开口质量减少了2倍,II型迁移变慢了2倍。虽然尘埃沉降可以在一定程度上缓解更大质量行星的行星迁移问题,但低质量行星和行星核心的更快迁移需要一个强大的减速机制。
2010-12-01 astro-ph.EP
The Migration of Gap-Opening Planets is not Locked to Viscous Disk Evolution
大多数对II型迁移的标准描述都指出,大质量的、有间隙的行星必须以粘性漂移率迁移。这是基于这样的想法,即盘被分成内部区域和外部区域,并且气体被认为不能穿过间隙。事实上,气体很容易穿过马蹄形轨道上的间隙,使这个确定迁移速率的必要前提无效。在这项工作中,它是使用高精度的数值计算表明,实际的迁移率是依赖于磁盘和行星参数,可以显着大于或小于粘性漂移率。在极限情况下的磁盘更大的质量比第二,迁移率饱和到一个常数,这是敏感的磁盘参数,并不一定是顺序粘性率。在相反的低质量磁盘的限制,迁移率与磁盘质量线性下降。在低盘质量极限的稳态解显示次级轨道外没有堆积,也没有相应的内盘排水。
2014-08-01 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.HE
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
On the migration of two planets in a disc and the formation of mean motion resonances
我们研究了两个超级地球嵌入原行星盘系统的动力学。我们建立了一个简单的模型,照射粘性盘,并使用分析处方的行星盘相互作用,导致迁移。我们发现,根据光盘参数,行星的质量和它们在光盘中的位置,每个行星的迁移可以是向内或向外的,和一个两行星系统的迁移可以是收敛的(这可能导致形成一阶平均运动共振,MMR)或发散的(一个系统移动远离MMR)。我们进行了$3500$模拟迁移的两个行星系统与不同的质量和初始轨道。几乎所有的谐振配置结束,虽然周期比可能是非常远离给定的MMR的标称值。我们发现,几乎所有的系统所产生的迁移是周期性的配置。
2015-07-28 astro-ph.EP
Orbital migration of giant planets induced by gravitationally unstable gaps: the effect of planet mass
有人认为长周期巨行星,如HD 95086 b和HR 8799 bcde,可能是由原行星盘的引力不稳定性形成的。然而,自引力盘-卫星相互作用可能导致引力不稳定间隙的形成。这样的不稳定性显着影响的轨道迁移的间隙开放大规模磁盘中的扰动。我们使用二维流体动力学模拟来研究行星质量对间隙的引力稳定性及其对轨道迁移的影响的作用。我们考虑行星与恒星质量比q=0.0003到q=0.003的巨行星,它们位于一个自引力盘中,盘与恒星质量比M_d/M_*=0.08,长宽比h=0.05,开普勒托姆雷参数Q = 1.5,初始轨道半径为2.5倍。固定轨道模拟表明,我们认为所有的行星质量都打开了引力不稳定的缺口,但随着行星质量的增加,不稳定性更强,发展得更快。随着行星质量的增加,行星盘上的扭矩通常变得更正。在自由迁移的模拟中,我们观察到随着行星质量的增加,向外迁移的速度更快,但仅限于能够在早期打开不稳定间隙的行星质量。对于q=0.0003,行星在打开间隙之前经历了快速向内的III型迁移。对于q=0.0013,我们发现有可能通过不稳定间隙产生的正力矩来平衡向内迁移的趋势,但仅限于几十个轨道周期。我们发现不稳定的外间隙边缘可以触发向外的III型迁移,在动力学时间尺度上将行星发送到其初始轨道半径的两倍。这种引发的III型迁移可能是将巨行星带到大轨道距离的一种方式。另一方面,我们的研究结果也意味着间隙开放不是一个充分的条…
2013-06-11 astro-ph.EP
How stellar mass and disc size shape the formation and migration of super-Earths
本研究利用原行星盘和卵石吸积模型模拟行星形成与迁移,发现粘滞加热导致部分超级地球向外迁移并成长为巨行星,从而解释了高质量恒星周围超级地球较少的现象。
2025-09-17 astro-ph.EP
Can Large-Scale Migration Explain the Giant Planet Occurrence Rate?
当轨道周期超过$\sim$ 300天时,巨行星的出现率会增加。长期以来,人们一直怀疑这一特征的物理起源是大规模的行星迁移,因为标准太阳星云中标准I型迁移的时间尺度更长,距离恒星更远。这些计算还发现,典型的超导轴承核心穿梭向磁盘内边缘的时间尺度上的数量级短于气体磁盘的寿命。气态巨行星在无数距离上的存在需要减缓大规模迁移的机制。我们重新审视的迁移范例,得出模型发生率配置文件的核心迁移,质量增长的气体吸积,和行星间隙开放。我们明确表明,前两个过程发生在串联。一旦行星与盘上气体的相互作用形成了很深的间隙,行星的径向运输就会大大减慢。在离恒星较近的地方,轨道周期更容易受到扰动,因此考虑到间隙的开放,最终的轨道周期分布也是如此。为了恢复观测到的出现率的上升,气体巨星需要在更远的地方变得更大,如果它们的外壳没有灰尘,这是自然实现的。我们发现的质量梯度的范围来调和观测到的彗星的发生率是太突然,占低偏心率巨行星的质量周期分布,挑战磁盘迁移作为热和暖彗星的主要起源渠道。未来的努力,在无偏质量分布的特点将更强的限制从迁移理论的预测。
2020-10-15 astro-ph.EP
Probing the impact of varied migration and gas accretion rates for the formation of giant planets in the pebble accretion scenario
成长中行星的最终轨道位置取决于它们的迁移速度,而迁移速度基本上是由行星质量决定的。小质量的行星以I型迁移的方式迁移,而大质量的行星则以II型迁移的方式迁移,这被认为主要取决于盘的粘性演化速率。一颗行星在达到II型迁移之前最容易受到向内迁移的影响,并且在这个阶段可能会失去其半长轴的很大一部分。我们研究了不同的磁盘粘度的影响,动力扭矩和气体吸积从马蹄形区域内减缓行星迁移的机制。我们的研究证实,在低粘度环境中生长的行星迁移较少,这是由于早期的间隙开放和较慢的II型迁移速率。我们发现,考虑到马蹄形区域的气体吸积,可以更早地打开间隙,这会导致生长行星的向内迁移减少。此外,与不考虑马蹄形区域气体吸积效应的模拟相比,这种效应增加了行星质量。此外,结合动力扭矩的效果与马蹄形区域的气体吸积的效果,显着减缓向内迁移。考虑到这些影响,与以前没有考虑这些影响的模拟相比,可以允许在更靠近水冰线区域的地方形成冷的冰团(a > 1 au)。因此,我们得出结论,气体吸积从马蹄形区域内的动力扭矩发挥至关重要的作用,在塑造行星系。
2020-12-11 astro-ph.EP
Model of a gap formed by a planet with fast inward migration
行星是在原行星盘内形成的。最近的观测揭示了诸如间隙和环之类的子结构,这可能表明盘内正在形成行星。由于盘-行星相互作用,行星在盘内迁移,这可能会影响行星引起的间隙的形状。在本文中,我们调查的快速向内迁移的行星上的间隙形状的影响,通过进行流体动力学模拟。我们发现,当迁移的时间尺度是短于间隙开放的时间尺度,轨道半径向内移动相比,间隙的径向位置。我们还发现了一个缩放关系之间的径向移动的位置的行星和差距的迁移和差距的时间尺度的比例的函数。我们的标度关系也使我们能够约束气体的表面密度和粘度时,间隙和行星的观察。此外,我们还发现了二次能隙的位置与深宽比之间的标度关系。通过结合径向位移和次级能隙,我们可以从观测形态上约束行星形成的物理条件以及行星在原行星盘中的演化。
2020-02-19 astro-ph.EP
Density Waves Excited by Low-Mass Planets in Protoplanetary Disks I: Linear Regime
嵌入在原行星盘中的行星激发的密度波在行星迁移和间隙打开过程中起着核心作用。我们进行了二维剪切片模拟研究的线性政权波的演变与基于网格的代码雅典娜,并提供详细的比较与理论预测。选择低质量行星(在1天文单位时低至约0.03地球质量)和高空间分辨率(每标度高度256个网格点)来减轻波非线性的影响。为了补充现有的数值研究,我们专注于主要的物理变量,如波的空间分布,扭矩密度,和波携带的角动量通量,而不是次要的量,如行星迁移率。我们的研究结果表明,在物理和傅立叶空间的百分比水平与理论一致。发现并讨论了远离行星的转矩密度符号变化等新现象。此外,我们探讨的数值算法的效果,并发现,高精度,高分辨率,和一个准确的行星势是至关重要的,以实现良好的协议与理论。我们发现,使用一个太大的时间步长,没有适当解决的动力学时间尺度周围的行星产生不正确的结果,并可能导致虚假的间隙开放。违反这一要求的行星迁移和间隙开放的全球模拟可能会受到虚假效应的影响,例如导致不正确的行星迁移速率和间隙开放质量。
2011-10-14 astro-ph.EP
On the migration of three planets in a protoplanetary disc and the formation of chains of mean motion resonances
利用光蒸发技术研究了1+ 1维$α$ -圆盘中三行星系统的迁移。我们用不同的行星质量和初始轨道进行了$2700$模拟。我们发现,大多数的系统,最终作为紧凑的配置形式链的平均运动共振(MMR)的第一和更高的订单。在MMR链中涉及的大多数系统是周期性构型。然而,这样的系统的周期比不一定接近精确的可调和性。如果一个给定的系统位于圆盘中的发散迁移带中,周期比增加并沿着共振发散迁移路径在($P_2/P_1, P_3/P_2)$)图上演化,其中$P_1, P_2, P_3$分别是第一、第二和第三颗行星的轨道周期。然而,观察到的系统并不位于这些路径上。我们表明,合成和观察到的系统分布之间的协议可以实现,如果轨道圆化是慢于它的结果从模型的行星盘相互作用。因此,我们得出结论,这些系统中的大多数不太可能形成的结果,从名义上的MMR链的发散迁移。
2016-02-16 astro-ph.EP
Migrating super-Earths in low-viscosity discs: unveiling the roles of feedback, vortices, and laminar accretion flows
我们提出了迄今为止最高分辨率的研究超级地球迁移在无粘性和低粘度的磁盘,动机连接到层流,风驱动模型的原行星盘。我们的模型揭示了涡旋在确定部分间隙开放行星的迁移行为中的关键作用。涡流形成的压力最大的间隙边缘,并防止盘反馈停止迁移的中间行星在低粘度和无粘光盘,相反的概念的“惯性极限”或“光盘反馈”停止预测的分析模型。涡旋也可能在同旋区域形成,并通过与行星的直接引力相互作用显著改变迁移行为。这些特征在高分辨率下变得明显,并且对于除了最高粘度之外的所有粘度,在获得数值收敛结果方面存在显著困难。然而,对于足够低的粘度,部分间隙开放行星的迁移显然变得混乱。在中等粘度下,发现一个平滑的圆盘反馈制度,其中迁移可以大大减慢,并且观察到的迁移时间尺度对应于由间隙边缘的扩散松弛驱动的迁移。在高粘度下,恢复了经典的I型迁移。对于在无粘性圆盘中的类彗星行星,形成了一个宽而深的间隙。瞬态II型迁移发生在对应于间隙宽度的径向长度尺度上,超过该径向长度尺度,迁移可以停止。最后,我们研究了由迁移行星在无粘性圆盘中留下的结构驱动的粒子捕获,并发现多环和涡旋形式的粒子陷阱可以在行星通过后持续很长时间。在这种情况下,像ALMA这样的亚毫米干涉仪对粒子阱的观测不能用来推断当前是否存在邻近的行星。
2019-01-13 astro-ph.EP
The Importance of Disk Structure in Stalling Type I Migration
当行星形成时,它们会与它们的出生盘发生潮汐相互作用。虽然由地球和超级地球质量的行星引起的潮汐扰动通常太弱,不足以显著改变盘的结构,但这种相互作用可能足够强,导致行星经历快速的I型迁移。这一物理过程可能提供了短周期超级地球的来源,尽管它也可能对长周期轨道上具有足够质量的核心的出现和保留构成挑战,以演变成气体巨星。以前的数值模拟表明,I型迁移率敏感地依赖于拱星盘的属性,特别是温度和表面密度梯度。在这里,我们推导出这些结构参数的1)一个自洽的粘性盘模型的基础上常数α处方,2)照射盘模型,考虑到由于恒星光子的吸收加热,3)分层吸积盘模型与可变的α参数。我们发现,在典型的原恒星盘的内部粘性加热区域,超级地球的马蹄铁和共转扭矩可以超过他们的差分Lindblad扭矩,并导致他们进行向外迁移。然而,由于被动恒星辐射的温度分布导致I型迁移是向内的大部分磁盘。对于磁盘中有向外迁移,我们表明,“行星陷阱”的位置和质量范围取决于这些磁盘模型采用的一些不确定的假设。相互竞争的物理效应可能会导致超级地球的质量周期分布分散。
2012-05-17 astro-ph.EP
Halting Migration: Numerical Calculations of Corotation Torques in the Weakly Nonlinear Regime
行星在它们形成的年代可能会迁移,这是由于它们所居住的原行星盘中的引力扭矩的影响。对于等温盘中的低质量行星,已知由于其对盘的线性扰动,行星上存在强烈的负扭矩,导致快速向内迁移。目前的研究表明,在这些相同的等温盘,对于中等质量的行星,有一个强大的正非线性共转扭矩由于气体被拉通过间隙的影响马蹄形轨道。对于中等质量的行星,这种正扭矩可以部分或完全抵消线性(I型)扭矩,导致更慢或向外迁移,即使在等温盘中。这种效应对于超级地球和次类木行星来说是最显著的,在从低质量线性扰动到非线性间隙开放行星的过渡期间,当行星打开了所谓的“部分间隙”时。在这项研究中,行星盘相互作用的数值计算明确计算这些扭矩,并根据经验构建在这个弱非线性制度的迁移率的缩放。这些结果发现,对于质量在20 - 100地球质量范围内的行星来说,向外迁移是可能的。
2015-05-04 astro-ph.EP
Stability of resonant configurations during the migration of planets and constraints on disk-planet interactions
研究了两颗行星在原行星盘中迁移时的平均运动共振(MMR)的稳定性。我们使用一个共振的解析模型,并通过每个行星的迁移时标(T_{m,i})和偏心阻尼时标(T_{e,i})来描述盘的作用(i= 1,2分别用于内行星和外行星).我们证明了当T_{e,1} / T_{e,2} >(e_1/e_2)^2时,共振组态是稳定的.这个一般性的结果可以用来限制盘-行星相互作用的特定模型。例如,使用经典的处方I型迁移,我们表明,当角动量赤字(AMD)的内部轨道是大于外部的轨道AMD,共振系统必须有一个本地反转的磁盘密度分布保持锁定在共振迁移过程中。这种反演是非常不典型的I型迁移,因此,我们的标准可以提供一个证据,对经典的I型迁移。对于质量共振系统HD 60532 b,c(3:1 MMR)、GJ 876 b,c(2:1 MMR)和HD 45364 b,c(3:2 MMR),情况确实如此。这一结果可能是II型迁移(间隙开放行星)的证据,这与这些行星的大质量是一致的。
2015-06-12 astro-ph.EP
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
Disruption of co-orbital (1:1) planetary resonances during gas-driven orbital migration
靠近恒星的行星被认为是在更远的地方形成的,并由于与气体原行星盘的角动量交换而向内迁移。这个过程可以产生共轨(特洛伊或1:1)共振的行星系统,其中两个行星共享同一轨道,通常相隔60度。在开普勒任务发现的行星系中,可以直接或通过凌日时间变化探测到共轨系统。然而,在数千颗开普勒行星和候选行星中没有发现共轨系统。在这里,我们研究嵌入在一个原行星盘使用网格为基础的流体动力学代码的共轨行星的轨道演化。我们发现,在大规模的轨道迁移过程中,同轨共振的类似质量的行星对被破坏。当一颗或两颗行星接近临界质量时,不稳定就会发生,这需要在气体盘中打开一个缺口。一个封闭的间隙被打开,跨越行星之间的60度方位角分离。这改变了圆盘施加在每个行星上的扭矩--将领先的行星向外推,将落后的行星向内推--并破坏了共振。这个机制适用于两颗行星质量相差2倍或更少的系统。在一个简单的耀斑盘模型中,间隙打开的临界质量从盘内边缘的几个地球质量到5 AU的1个土星质量不等。一对质量在这个范围内的共轨行星迁移将进入行星处于间隙开放极限的区域。在这一点上,共振被破坏。因此,我们预测没有行星的共轨配置与质量在超级地球到土星质量范围内具有类似的质量。
2014-05-19 astro-ph.EP
Slowing Down Type II Migration of Gas Giants to Match Observational Data
由径向速度测量得到的系外行星系统中气体巨星的质量和半长轴分布表明,超木星质量的行星堆积在> 1au处,而木星/亚木星质量的行星广泛分布在~ 0.03au到1au以上。这一特征尚未被理论预测所解释。为了调和这种不一致性,我们通过比较气体巨星的迁移,生长时间尺度和盘寿命以及人口合成模拟,研究了气体巨星的演化与神奈川等人(2018)的新II型迁移公式。虽然经典的迁移模型假设气体巨星在原行星盘中打开了一个明显的缺口,行星迁移与盘气体吸积有关,最近的高分辨率模拟表明,间隙开放行星的迁移与盘状气体吸积和神奈川等人(2018)脱钩。提出了当气隙中圆盘气体面密度减小时,Ⅱ型迁移速度与Ⅰ型迁移速度相同。我们表明,与这个新的公式,II型迁移是显着减少超木星质量的行星,如果磁盘吸积驱动的磁盘风建议最近的MHD模拟。人口合成模拟表明,超木星质量的行星保持在> 1 au,没有任何额外的成分,如光盘光蒸发。因此,如果新的公式得到证实,并且风驱动的盘吸积占主导地位,那么在> 1 au的气体巨星堆积之谜将在理论上得到解决。
2018-09-21 astro-ph.EP
Day and night side core cooling of a strongly irradiated giant planet
行星内部的热量损失或冷却决定了它的结构和演化。我们研究了辐射,大气的金属含量,热量再分配,平流层,以及热量再分配发生在大气结构,核心熵的深度,以及随后对行星内部冷却的影响。我们地址在一个一致的方式之间的耦合的白天和黑夜的一个星球的热量再分配模型大气计算的装置。我们假设,强对流导致相同的熵在白天和黑夜的一面,重力是相同的两个半球。我们认为,核心冷却率从两个半球的强烈照射的行星可能是不一样的,差异取决于几个重要的参数。如果昼夜热再分配非常有效,或者如果它发生在大的光学深度,那么白天侧和夜晚侧的冷却可能是可比的。然而,如果昼夜热传输效率不高,或者如果它发生在较浅的光学深度处,则白天和夜晚侧冷却之间可能存在很大的差异,并且夜晚侧将更有效地冷却。如果恒星的辐射变得更强,例如由于恒星演化或迁移,来自白天和黑夜的冷却都会减少。大气中金属含量的增加将作为一个额外的"毯子",减少白天和夜晚的冷却。然而,行星昼侧的平流层可以增强昼侧的冷却,因为它的不透明度可以作为屏蔽恒星辐射的“屏障”。这些效应也可能影响相互作用双星中著名的重力暗化和辐射热互扰效应,特别是对于强辐射的冷组分。
2012-01-19 astro-ph.EP
Promoted Mass Growth of Multiple, Distant Giant Planets through Pebble Accretion and Planet-Planet Collision
我们提出了一个卵石驱动的行星形成方案,形成巨行星与高的多重性和大的轨道距离在早期的气体盘阶段。我们进行N体模拟,以调查的增长和迁移的低质量的原行星在磁盘与内部粘性加热和外部恒星辐射区。这个模型的主要特征是巨行星核心通过卵石吸积和行星-行星碰撞的组合快速生长。因此,这加速了它们的气体吸积。由于有效的增长,地球早期从快速的I型迁移过渡到缓慢的II型迁移,大大减少了向内迁移。多个巨行星可以以这种方式随着半长轴的增加而依次形成。与单个行星增长的情况相比,当考虑大量原行星时,质量增长和轨道保持都更加明显。最终,在原行星诞生后,在$1.5{-}3$ Myr内形成了一些轨道距离为几个到几十个天文单位的巨行星。由此产生的模拟行星种群可能与磁盘观测中显示的子结构以及径向速度和微透镜调查中观察到的大轨道距离系外行星有关。
2020-06-11 astro-ph.EP
Impacts of planet migration models on planetary populations. Effects of saturation, cooling and stellar irradiation
最近的几项研究发现,绝热盘中的行星迁移与等温盘中的迁移有很大不同。根据热力学条件,即,辐射冷却的有效性和径向表面密度分布,行星向内或向外迁移。显然,这将影响行星的半长轴质量分布,正如人口合成模拟所预测的那样.目的:我们的目标是研究辐射冷却、粘性力矩减饱和和间隙打开以及恒星辐射对合成行星种群潮汐迁移的全球影响。研究方法:我们结合了几个分析研究和三维流体动力学模拟的结果,在一个新的半分析迁移模型中的应用,在我们的行星人口合成计算。结果:我们发现我们的模型与在三维辐射流体动力学模拟中获得的扭矩很好的协议。我们发现在一个典型的光盘,朝向行星从内部和外部迁移,强烈影响低质量行星的迁移行为的三个收敛区。有趣的是,这导致了在这些区域捕获的低质量行星的缓慢II型迁移行为,即使没有特别的迁移率降低因子或尚未定义的停止机制。这意味着,新的规定的迁移包括非等温效应,使原来广泛使用的人工迁移率降低因子过时。结论:圆盘部分区域的外行星迁移使一些行星存活足够长的时间,从而变得巨大。会聚区导致在某些半长轴上可能观测到低质量行星的聚集。我们的研究结果表明,将需要进一步研究的质量,因为它的值有一个重大的影响行星人口的属性的共转扭矩饱和。
2014-02-24 astro-ph.EP
Toward a new paradigm for Type II migration
上下文巨行星在其原行星中打开缺口,随后遭受所谓的II型迁移。从示意图上看,行星被认为紧紧地锁在周围的圆盘中,被迫跟随粘性气体平流到中央恒星上。然而,这一基本原理最近受到了质疑,因为迁移的行星被证明与气体的径向漂移无关。目标。在这个框架下,我们的问题是否传统上使用的线性标度的迁移率的巨行星盘的粘度仍然成立。此外,我们评估的作用的轨道交叉材料的去耦机制的一部分。方法.我们对嵌入局部等温α盘中的点质量行星在不同α值下的稳态吸积进行了二维(r,θ)数值模拟。任意的行星吸积率被用作减少或抵消轨道交叉流的一种手段。结果我们确认,一个缺口开放的行星的迁移率确实是成正比的磁盘的粘度,但不等于在未扰动磁盘的气体漂移速度。我们表明,跨间隙流动的作用实际上是可以忽略不计的。结论.从这些观察,我们提出了一个新的范例II型迁移:一个巨大的行星感觉到从磁盘的扭矩,促进其迁移,而相对于行星的间隙配置文件恢复粘性时标,从而限制了行星的迁移率成比例的磁盘的粘度。因此,在行星区域的低粘度盘中,II型迁移应该仍然非常缓慢。关键词。原行星盘;行星盘相互作用;行星和卫星:形成
2018-08-01 astro-ph.EP
Concurrent Accretion and Migration of Giant Planets in their Natal Disks with Consistent Accretion Torque (II): Parameter Survey and Condition for Outward Migration
Shanghai Astronomical Observatory, Chinese Academy of Sciences(中国科学院上海天文台);University of Chinese Academy of Sciences(中国科学院大学);Department of Astrophysics, Princeton University(普林斯顿大学天体物理系);Earth-Life Science Institute, Institute of Science Tokyo(东京科学研究所地球生命理工学院);Department of Astronomy, School of Science, Westlake University(西湖大学理学院天文学系);Department of Astronomy & Astrophysics, University of California, Santa Cruz(加州大学圣克鲁兹分校天文学与天体物理学系);Institute for Advanced Studies, Tsinghua University(清华大学高等研究院)
该研究通过数值模拟发现,吸积行星的向外迁移取决于其质量比和盘条件,且与正扭矩有关。
2025-11-26 astro-ph.EP
Two phase, inward-then-outward migration of Jupiter and Saturn in the gaseous Solar Nebula
最近的研究表明,如果巨行星经历了向内然后向外的迁移,类地行星和小行星带可以重现(“大钉”; Walsh et al 2011)。向内迁移发生在木星打开一个缺口时,II型向内迁移。当土星到达质量间隙并与木星发生3:2共振时,行星会向外移动。其目的是测试Grand Tack模型的可行性,并研究木星和土星从10个地球质量的核心成长过程中的动态演变。我们已经进行了数值模拟,使用基于网格的流体动力学代码。我们大多数的模拟假设一个等温状态方程的磁盘,但一个子集使用完全辐射版本的代码。对于一个等温盘,木星和土星的两相迁移是非常强大的,并独立于这些行星的质量增长的历史,如果磁盘是足够冷。对于辐射盘,我们发现一些结果与两相迁移和其他更复杂的行为。我们构建了一个简单的,1-D模型的不断发展的粘性磁盘计算磁盘的辐射特性的演变:磁盘从辐射到等温从其最外层区域向内的时间过渡。我们表明,一个两相迁移是一个自然的结果,即使在有限的假设下,等温条件是必需的。因此,我们的模拟提供了强有力的支持,大塔克的情况。
2011-07-28 astro-ph.EP
A recipe for eccentricity and inclination damping for partial gap opening planets in 3D disks
本文通过三维流体模拟研究部分开隙行星的轨道阻尼,提出随间隙深度线性变化的偏心率与倾角阻尼拟合公式,为 N 体种群合成提供与高分辨率模拟一致的行星-盘相互作用简化描述。
2024-04-02 astro-ph.EP
On the gap-opening criterion of migrating planets in protoplanetary disks
我们进行二维流体动力学模拟,以定量探索扭矩平衡标准的间隙开放(制定的克里达等。2006年)在各种磁盘时,考虑迁移的行星。我们发现,即使满足标准,也有行星仍然没有打开间隙的情况。我们强调,打开缺口不仅取决于一个星球是否有能力打开缺口,而且还取决于它是否能足够快地打开缺口。这可以表示为间隙打开时间尺度与穿越时间的附加条件,即行星穿越它正在雕刻的区域所需的时间。虽然这一点已经简要地在以前的文献中,我们的研究结果量化了一系列的原行星盘的属性和行星质量,证明它是多么重要的间隙开放。这一附加条件对低质量盘中由核心吸积形成的行星以及大质量盘中由引力不稳定性形成的巨行星或棕矮星的生存具有重要意义。这对于中等质量的行星来说尤其重要,它们容易发生类似III型的迁移。对于一些观测到的过渡盘或带间隙的盘,我们预计仅基于扭矩平衡间隙开放标准对潜在行星质量的估计可能是不够的。考虑到这个额外的时间尺度标准,理论研究可能会发现行星的生存能力降低,或者行星可能会在打开缺口之前进一步向内迁移。
2015-02-23 astro-ph.EP
Planet Migration in Protoplanetary Disks with Rims
Westlake University(西湖大学);Tsinghua University(清华大学);Shanghai Astronomical Observatory, Chinese Academy of Sciences(中国科学院上海天文台);University of California, Santa Cruz(加州大学圣克鲁兹分校);Institute for Advanced Studies, Tsinghua University(清华大学高等研究院)
研究发现气态巨行星倾向于迁移远离盘边缘,而超级地球则被保留,导致木星多出现在暗环,超级地球多出现在亮环。
2026-02-03 astro-ph.EP
Migration of Planets Into and Out of Mean Motion Resonances in Protoplanetary Disks: Analytical Theory of Second-Order Resonances
最近对开普勒多行星系统的观测揭示了许多系统的行星非常接近二阶平均运动共振(MMR,周期比为$1:3$,$3:5$等)。我们提出了一个解析研究的共振捕获及其稳定性的行星迁移在气体盘。共振捕获需要缓慢收敛迁移的行星,足够大的偏心阻尼时标$T_e$和小的预共振偏心。我们量化这些要求,并发现他们可以满足超级地球的原行星盘条件下。对于捕获到共振的行星,可以达到平衡态,其中由于共振行星-行星相互作用而引起的偏心激励平衡由于行星-盘相互作用而引起的偏心阻尼。我们表明,这种“捕获”的平衡可以是超稳定的,导致部分或永久逃逸的行星的共振。通常,捕获状态的稳定性取决于内外行星质量比$q=m_1/m_2$和偏心阻尼时间比。超稳定增长时间的顺序为$T_e$,但可以大得多的系统接近稳定阈值。对于经历I型(非间隙开放)迁移的低质量行星,收敛迁移需要$q \lesssim 1$,而捕获的稳定性需要$q\gtrsim 1$。这些结果表明,稳定捕获到二级MMR的行星对具有可比的质量。这与一阶MMR相反,在一阶MMR中,存在用于稳定共振捕获的较大参数空间。我们证实和扩展我们的分析结果与$N$体模拟,并表明,过稳定的捕获,从MMR逃逸时间可以媲美的时间,行星之间的共振迁移。
2017-03-11 astro-ph.EP
Dust Dynamics in Transitional Disks: Clumping and Disk Recession
本文重新讨论了辐射压力在尘埃迁移和过渡盘内腔开启中的作用。尘埃动力学,包括辐射压力,经常在轴对称模型中进行研究,但在这项工作中,我们表明,高度非轴对称的功能,可以从内部磁盘边缘的不稳定性。尘埃颗粒在那里聚集成高密度的特征,允许辐射在它们周围泄漏并渗透到更深的圆盘中,改变尘埃迁移的过程。我们的概念验证,二维,垂直平均模拟表明,辐射压力,阴影和气体阻力的组合可以产生净向外迁移,或衰退,磁盘的尘埃成分。在我们的参数空间中,内盘边缘的后退速度大约为$10^{-5}$乘以开普勒速度,这比背景粘性流快,假设为Shakura & Sunyaev粘度α $\lesssim 10^{-3}$。这种速度,如果在磁盘的寿命持续,可能会导致一个尘埃腔大几十金。
2022-02-15 astro-ph.EP
Migration of Extrasolar Planets: Effects from X-Wind Accretion Disks
磁场在形成恒星/盘系统的引力坍缩过程中从星际介质中被拉了进来。考虑平均场磁流体动力学(MHD)在这些磁盘表明,磁效应产生的次开普勒旋转曲线和截断内盘。这封信探讨了这些预测的太阳系外行星迁移磁盘属性的后果。气体盘中的次开普勒流驱动了嵌入行星的新迁移机制,并修改了较大行星的间隙打开过程。对于足够小的行星(m_P < 1 M_ \earth)和/或轨道较近的行星(r < 1 AU),这种次开普勒迁移机制优于I型迁移机制。虽然包括次开普勒扭矩缩短总迁移时间只有一个中等的量,迁移行星的核心吸积的质量显着减少。内盘边缘的截断(对于典型的系统参数)自然地解释了周期P=4天的行星轨道。周期较短的行星P=2天,可以解释为在FU-奥利爆发期间的迁移,当质量吸积率高,盘边缘向内移动。最后,中面密度在盘的内部截断点(X点)处大大增加;这种增强,加上持续的气体和固体流动,支持巨行星的原位形成。
2009-08-10 astro-ph.EP astro-ph.SR
Type II migration strikes back -- An old paradigm for planet migration in discs
在本文中,我们分析了巨大的差距开放的行星迁移原行星盘,专注于II型迁移制度。根据标准的II型理论,行星的迁移速度与圆盘中的气体相同,因为它们与圆盘粘性演化相耦合;然而,最近的研究质疑了这一范式,表明行星的迁移速度比圆盘材料更快。我们研究的问题,通过二维长时间模拟系统符合II型制度,使用流体动力网格代码FARGO 3D。尽管我们的模拟证实了以快速迁移为特征的初始阶段的存在,但它们也揭示了迁移速度会减慢,如果我们允许系统演化足够长的时间,最终会达到理论预测。当我们分析通过间隙的质量流和作用在行星上的扭矩时,我们发现同样的趋势朝着理论预测发展。这种瞬变与我们(和以前)模拟的初始条件有关,并且是由于一旦行星开始运动,间隙的形状必须调整到新的轮廓。其次,我们测试是否II型理论的预期,巨行星迁移是由粘性驱动的是一致的,我们的模拟与相同的粘度和不同的磁盘质量(反之亦然)的模拟比较。我们发现一个很好的协议与理论,因为当光盘的特点是相同的粘度,迁移性能是相同的。
2019-12-16 astro-ph.EP astro-ph.SR
Calibrated Gas Accretion and Orbital Migration of Protoplanets in 1D Disc Models
我们的目标是开发一个简单的处方迁移和吸积在1D光盘模型,校准与3D流体动力学模拟的结果。我们的重点在于非自引力盘,但我们也讨论了在何种程度上我们的处方可以适用于光盘时,自引力。我们研究迁移使用扭矩密度。我们的扭矩密度模型是基于现有的拟合公式,我们随后修改,以防止过早的间隙打开。在更高的行星质量,我们也适用于扭矩密度从流体动力学模拟直接到我们的一维模型。这些扭矩密度允许模拟最初低质量行星的轨道演变,经历失控吸积成为一个巨大的行星。考虑了行星与盘之间角动量的双向交换。这导致了仅依赖于直接可访问的盘参数的间隙形成的自洽处理。我们提出了一个公式邦迪和希尔气体吸积盘限制制度。这个公式是自洽的,在这个意义上,质量是从光盘的位置,它是吸积。我们发现,由此产生的质量和半长轴在一维框架的演变是在很好的协议与那些从三维流体动力学模拟的参数范围。我们的处方是有价值的,同时模拟迁移和吸积的一维模型。我们的结论是,这是适当的和有益的应用扭矩密度从流体动力学模拟在1D模型中,至少在参数空间,我们在这里研究。还需要做更多的工作,以确定我们的方法是否也适用于更广泛的参数空间和更复杂的光盘热力学的情况下,或当光盘是自引力。
2022-11-24 astro-ph.EP
Two extremely irradiated volatile-rich sub-Neptunes with companions in the TOI-426 and TOI-1839 systems: Insights into arrival and survival near the lower edge of the Neptunian desert
Observatoire Astronomique de l’Université de Genève(日内瓦大学天文台);University of Warwick(华威大学);University of Oxford(牛津大学);Centre for Exoplanets and Habitability, University of Warwick(华威系外行星与宜居性中心);University of California, Santa Cruz(加州大学圣克鲁兹分校);Universidad Nacional Autónoma de México(墨西哥国立自治大学);European Space Agency (ESA)(欧洲空间局);Universidade do Porto(波尔图大学);Keele University(基尔大学);NASA Ames Research Center(美国宇航局艾姆斯研究中心);NASA Exoplanet Science Institute, Caltech/IPAC(NASA系外行星科学研究所/加州理工学院IPAC);Stephen F. Austin State University(斯蒂芬·F·奥斯汀州立大学);Princeton University(普林斯顿大学)
本研究通过TESS和HARPS数据确认两颗极端辐射的富挥发分亚海王星及其伴星,发现海王星沙漠边缘低质量亚海王星的巨伴星显著过剩,支持高偏心率潮汐迁移塑造该边缘的作用。
2026-09-11 astro-ph.EP
Intermittent planet migration and the formation of multiple dust rings and gaps in protoplanetary disks
原行星盘和行星形成模型的一个关键挑战是能够在盘发射中观察到的结构(如亮环和暗环或不对称性)与触发这些结构的行星的假设存在之间建立可靠的联系。观测到的N个暗环通常被解释为N个行星存在的证据,这些行星清除了轨道周围的尘埃间隙,并在盘中形成了尘埃捕获压力最大值。绝大多数研究行星对原行星盘中尘埃和气体动力学影响的模型都假设行星处于固定轨道上。在这里,我们走了一条不同的路线,并研究了一颗行星的大规模向内迁移是如何构成一个巨大圆盘的尘埃含量的。在许多情况下,质量与土星相当的部分间隙开放行星的迁移被发现间歇性地逃跑。通过二维气体和尘埃流体动力学模拟,我们表明,间歇性的失控迁移可以形成多个尘埃环和整个磁盘的差距。每次迁移速度减慢时,在行星间隙之外形成一个压力最大值,以捕获大型尘埃。我们的模拟结果与三维尘埃辐射转移计算后处理证实,间歇性失控迁移可以导致形成多套明亮和黑暗的连续发射环(亚)毫米以外的行星位置。
2020-02-06 astro-ph.EP astro-ph.SR
Emerging population of gap-opening planets around type-A stars -- Long-term evolution of the forming planets around HD 163296
行星的形成嵌入在它们的原行星盘的存在已被推断从检测多环结构在这样的磁盘。这些疑似行星中的大多数在目前的测量灵敏度下无法通过直接成像观测检测到。向内的迁移和吸积可能使这些假定的行星可以用多普勒方法来处理,但实际的生长和轨道演化的程度仍然不受限制。在HD 163296周围的圆盘中的间隙起源于新生行星的前提下,我们研究了间隙开放行星是否以及在何种情况下可以代表在A型恒星周围检测到的系外行星种群的祖先。特别是,我们研究的最终行星质量和轨道参数的磁盘上的粘度的依赖性。嵌入式行星的演化在整个磁盘寿命和磁盘分散后的1亿年内进行了模拟,考虑到不断变化的磁盘结构和磁盘寿命的可能范围。我们发现,行星的最终配置在很大程度上是由磁盘的$α$粘度参数和磁盘寿命和初始行星参数的选择依赖较少。如果我们假设像HD 163296这样的行星演化形成了观测到的A型恒星系外行星群,那么需要一个$3.16 \times 10^{-4} \lesssim α\lesssim 10^{-3}$数量级的$α$参数才能使圆盘产生足够高的迁移率。根据未来的直接成像巡天是否会发现更多的具有$m_\mathrm{pl} \lesssim 3 M_\mathrm{Jup}$和$a_\mathrm{pl} \gtrsim 10 \mathrm{AU}$的行星,我们预计$α$参数将在这个范围的下限或上限,总是在这样的磁盘确实拥有宽轨道行星的假…
2022-04-23 astro-ph.EP astro-ph.SR
Trapping (sub-)Neptunes similar to TOI-216b at the inner disk rim: Implications for the disk viscosity and the Neptunian desert
[摘要]观测到的亚海王星的出现率在0.1天文单位处有一个转折点,这通常归因于原行星盘内缘的迁移陷阱,在那里正的共同旋转扭矩阻止了向内迁移。我们认为,在内部磁盘区域的条件是这样的,子海王星很可能打开的差距,失去了支持的共同旋转扭矩,因为他们的共同旋转区域变得枯竭,和捕获效率,然后变得不确定。我们研究了如何将这种间隙开放的行星困在内盘边缘。我们进行了2D局部等温和非等温流体动力学模拟行星迁移。在圆盘中引入了粘度转变,以(i)产生密度下降,以及(ii)模拟行星从死区向具有主动磁旋转不稳定性(MRI)的区域迁移时的粘度增加。我们选择TOI-216 b作为海王星类上限测试案例,但我们也探索了不同的行星质量,包括固定轨道和演变轨道。对于行星与恒星的质量比$q\simeq(4$-$8)\times10^{-5}$,由于间隙的打开,盘边缘的密度下降会被重塑,并且通常会被以行星的共转为中心的小密度隆起所取代。只有当隆起保留了足够的气体质量,并且共同旋转区域变得方位不对称时,才有可能捕获行星,因为在行星前方有一个由振动流线组成的岛屿,积累了气体密度过高。过密度产生的正扭矩可以抵消旋臂的负扭矩。在我们的模型中,有效的捕获取决于$α$粘度及其在粘度转变过程中的对比度。为了捕获TOI-216 b,死区中的$α_{\mathrm{DZ}}=10^{-3}$需要MRI活性区中的$α_{\mathrm{MRI}}…
2022-08-30 astro-ph.EP
Towards a global model for planet formation in layered MHD wind-driven discs: A population synthesis approach to investigate the impact of low viscosity and accretion layer thickness
Center for Space and Habitability, University of Bern(伯尔尼大学太空与宜居性中心);Division of Space Research and Planetary Sciences, Physics Institute, University of Bern(伯尔尼大学物理研究所空间研究与行星科学系)
本文通过种群合成方法研究低粘性与吸积层厚度对行星形成的影响,发现薄层导致原地形成,厚层导致迁移热木星,揭示II型迁移模式与盘结构的关联。
2026-01-05 astro-ph.EP
Rapid Formation of Saturn after Jupiter Completion
我们研究了土星核心在一个原行星盘中径向压力最大时的形成,该盘是由木星的间隙打开而产生的。通过星子吸积形成的核心会导致周围星子的碎裂,这通常会抑制核心的进一步增长,因为气体阻力导致的径向漂移会导致产生的碎片被移除。然而,压力最大值的出现阻止了碎片的漂移,而它们的轨道偏心率和倾角则被气体阻力有效地抑制。因此,土星的核心通过在压力最大值附近的碎片吸积而迅速增长。我们发现,在最小质量的太阳星云中,千米大小的星子可以在200万年内产生一个超过10个地球质量的核心。由于木星可能没有经历过显著的II型向内迁移,因此很可能木星的形成是在当地盘质量已经衰减到与木星质量相当或更小的时候完成的。土星核心的预期快速增长的时间尺度相当于或短于观测推断的磁盘寿命,使土星能够在磁盘气体完全耗尽之前获得当前数量的包封气体。高热能释放率到核心表面,由于快速吸积的碎片延迟失控气体吸积的开始,直到核心质量变得比木星,这是一致的估计的基础上内部建模。因此,由木星的间隙打开引起的土星的快速形成可以解释多个气体巨星(木星和土星)的形成,而没有明显的向内迁移,土星的核心质量大于木星。
2012-07-10 astro-ph.EP
Inclined Massive Planets in a Protoplanetary Disc: Gap Opening, Disc Breaking, and Observational Signatures
我们进行了三维流体动力学模拟,研究倾斜的大质量行星的行星盘相互作用,专注于磁盘的长期演变引起的行星。我们发现,当行星质量足够大,诱导间隙足够深时,行星轨道内的圆盘会从外圆盘上断裂。内外盘以不同的进动速率独立地围绕系统的总角动量矢量进动,这导致显著的盘不对准。我们推导了行星质量与诱导间隙深度/宽度的关系,大质量倾斜行星的迁移率和倾斜阻尼率,以及内外盘破裂和发生微分进动的条件,并进行了数值验证。然后,我们对模拟的破碎圆盘进行了Monte-Carlo辐射转移计算。近红外图像中的盘阴影和分子线探测的气体运动学(例如来自ALMA)都可以揭示未对准的内部盘。还提供了盘影旋转速率与内盘进动速率之间的关系。使用我们的光盘破碎条件,我们得出结论,光盘阴影由于错位光盘应伴随着深的气体间隙(例如,在前/过渡光盘)。这种情况很自然地解释了几个系统(例如HD 100453,DoAr 44,AA Tau,HD 143006)中的盘阴影和深间隙,这些系统应该是在盘中搜索年轻大质量行星($>M_J$)的主要目标。
2018-12-04 astro-ph.EP
Early evolution of clumps formed via gravitational instability in protoplanetary disks; precursors of Hot Jupiters?
虽然引力不稳定性(GI)应该发生在原行星盘演化的早期阶段,但由盘碎片产生的团块的命运及其在行星形成中的作用仍然不清楚。在本研究中,我们调查半解析的演化收缩后的合成人口的团块与不同的初始结构和轨道,再加上周围的磁盘和中央恒星。我们的模型是基于最近发表的国家的最先进的3D崩溃模拟团块与不同的热力学。考虑到各种进化机制,并探讨其影响单独和与其他人相结合:迁移和潮汐破坏,质量吸积,间隙开放和磁盘粘度。研究发现,一般来说,至少有50%的初始团块在潮汐中幸存下来,在盘中演化约10^5年后留下潜在的气体巨星祖先。其余的可能会被破坏或产生超级地球和其他低质量行星,前提是一个固体核心可以在足够短的时间内组装,我们在本文中没有讨论这种可能性。外推到百万年的时间尺度,我们所有幸存的原行星都将导致接近的气体巨星。这一结果可能部分反映了所采用的迁移模型的局限性,并使人想起在没有对迁移率进行微调的情况下,在核心增生模型中发现的类似结果。然而,它表明,由引力不稳定性形成的团块中有很大一部分可能是热彗星的前身。
2013-10-03 astro-ph.EP
Origin of the Different Architectures of the Jovian and Saturnian Satellite Systems
木星的规则卫星系统主要由四颗伽利略卫星组成,除了最外层的卫星木卫四外,这四颗卫星的质量相似,并且被困在相互的平均运动共振中。另一方面,土星的规则卫星系统只有一个巨大的冰质天体,泰坦,和一群小得多的冰质卫星。我们已经调查了木星和土星卫星系统之间的这些主要差异的起源,通过半解析模拟的增长和轨道迁移的原卫星吸积原卫星盘。我们建立了两个不同的磁盘演化/结构模型,对应于木星和土星系统,通过建立在以前开发的模型,一个积极提供的原卫星盘,气体巨星的形成,和观测年轻的恒星。我们的模拟扩展了以前的模型,包括(1)不同的终止时间尺度的气体落入到原卫星盘和(2)不同的演化盘中的空腔,木星和土星系统之间。我们已经进行了蒙特卡罗模拟,并表明,在木星系统的情况下,四到五个类似的质量卫星很可能仍然被困在平均运动共振。这种轨道结构是由I型迁移、在盘内边缘附近暂时停止迁移以及木星在太阳星云中打开一个缺口导致的快速截断气体流入形成的。土星系统最终倾向于在外部区域形成一个占主导地位的天体,这是由于与太阳星云的全球耗尽有关的气体下降的缓慢衰变造成的。预测的木星和土星卫星系统的总质量和成分分带与观测到的卫星系统是一致的。
2010-03-30 astro-ph.EP
A recipe for orbital eccentricity damping in the type-I regime for low viscosity 2D-discs
众所周知,间隙开口取决于盘的粘度;然而,偏心阻尼公式仅在高粘度下导出,忽略了部分间隙开口。我们的目标是获得一个简单的公式来模拟$e$ -阻尼的I型制度在低粘度光盘,即使是小行星可能会开始打开部分。我们进行高分辨率的2D局部等温流体动力学模拟的行星与不同质量的固定轨道上的光盘具有不同的纵横比和粘度。我们确定的扭矩和功率感受到的行星,以获得迁移和偏心阻尼时标。我们首先找到一个下限的间隙深度低于涡出现,这大致发生在I型和II型制度之间的过渡。对于保持稳定的模拟,我们得到一个适合的消失偏心率的限制,这是目前使用的文献中类似的,但精确到$α=3.16\times 10^{-5}$所观察到的间隙深度。我们记录的$e$ -阻尼效率作为所观察到的间隙深度和$e$的函数:当行星已经打开了一个足够深的间隙,独立于$e$观察到线性趋势;在较浅的间隙,这种线性趋势被保存在低$e$,而它偏离更有效的阻尼时,$e$是光盘的规模高度。这两种趋势都可以从理论上加以理解,并通过一个简单的拟合公式加以再现。我们的组合适合产生一个简单的配方,以实现I型$e$ -阻尼在$N$ -机构的部分间隙开放的行星,这是符合高分辨率的二维流体模拟。拟合的典型误差为百分之几的量级,并且低于文献中广泛使用的I型扭矩公式的误差。这将允许在低粘度下对种群合成模型的I型机制的行星盘相互作用进行更加自洽的处理。
2022-12-07 astro-ph.EP
Low mass planets in protoplanetary disks with net vertical magnetic fields: the Planetary Wake and Gap Opening
采用非分层局部剪切盒近似的三维数值模拟方法,研究了在净垂直磁场作用下,低质量行星在气态原行星盘中的尾迹和间隙打开,该磁场通过磁旋转不稳定性(MRI)驱动磁流体动力学(MHD)湍流.尾流,这是激发的行星,是由类似于在无粘性流体动力(HD)磁盘尾流阻尼冲击阻尼。冲击阻尼的角动量沉积打开了MHD湍流磁盘和无粘HD磁盘的差距,即使是低质量的行星,在矛盾的“热标准”的差距开放。为了测试“粘性标准”,我们比较了MRI湍流磁盘中的间隙特性,在粘性HD磁盘具有相同的应力,并发现,相同的质量的行星打开一个显着更深,更宽的净垂直通量磁流体磁盘的间隙比粘性HD磁盘。这种差异是由于磁场有效传输到MRI磁盘中的间隙区域,导致间隙内的有效α更大。因此,在间隙上,麦克斯韦应力分布比间隙密度分布更平滑,并且需要更深的间隙以使麦克斯韦应力梯度平衡行星扭矩密度。我们还证实了MHD磁盘中靠近行星的大的多余扭矩,并发现MRI产生的长寿命密度特征(称为带状流)可以影响行星迁移。与以往的净环向磁通/零磁通MHD模拟结果的比较表明,磁场的几何形状在间隙打开过程中起着重要的作用。总体而言,我们的研究结果表明,在现实的原行星盘中,低质量行星通常会产生间隙,并警告使用恒定的α粘度来模拟原行星盘中的间隙。
2013-02-13 astro-ph.EP astro-ph.SR
Diversity of disc viscosities can explain the period ratios of resonant and non-resonant systems of hot super-Earths and mini-Neptunes
本研究通过N体模拟发现,盘黏度多样性导致的迁移速率差异可解释热超级地球和迷你海王星系统的共振链周期比分布,低黏度盘更易形成宽共振链并经历不稳定演化。
2024-11-30 astro-ph.EP
Water ice lines and the formation of giant moons around super-Jovian planets
大多数已知质量的系外行星与类太阳恒星的距离都比木星重,这就提出了一个问题,即这些行星是否伴随着可探测的、可能适合居住的卫星。在这里我们模拟了超级类木行星周围的吸积盘,发现可以形成质量与火星相似的巨型卫星。我们的研究结果表明,伽利略卫星是在木星吸积的最后阶段形成的,当时环绕木星的圆盘足够冷。但是,与其他研究相反,我们的假设表明,木星仍然是从环日盘喂养,它的主要卫星不可能在环日星云完全光蒸发后形成。为了抵消由于I型迁移导致的卫星进入行星的稳定损失,我们提出木星和超木星系外行星周围的水冰线充当了卫星的迁移陷阱。然而,在10^4年内的间隙打开期间,热量转换穿过圆盘,这使得它们作为月球陷阱的效率低下。这表明了行星和月球形成的根本区别。我们发现,在超级类木行星周围大约15 - 30木星半径处,可以形成比已知最小的系外行星还要大的冰卫星。它们的大小意味着开普勒和柏拉图太空望远镜以及欧洲极大望远镜都可以探测到。
2015-05-05 astro-ph.EP
Planetary System Formation in Protoplanetary Disk around HL Tauri
我们重新处理了阿塔卡马大型毫米/亚毫米阵列(ALMA)对HL金牛座的长期基线科学验证数据。如之前的工作所示,我们确认高空间分辨率(~ 0.“019,对应于~ 2.7 AU)在λ= 0.87,1.3和2.9 mm处的尘埃连续图像在拱星盘中表现出多个环状间隙结构。假设所观察到的差距是由目前正在形成的,看不见的机构,我们估计这样的假设机构的质量以下两种方法的基础上,希尔半径分析和更详细的方法开发的角动量转移分析气体盘。对于前者,测量的间隙宽度用于校准物体的质量,而对于后者,测量的间隙深度被利用。我们表明,它们的质量可能相当于或小于类木行星的质量,然后讨论所观察到的间隙结构的起源。通过对Toomre的引力不稳定性条件和冷却效应的分析,我们发现引力不稳定性可能是形成盘外天体的一种可能机制。由于圆盘可能只在圆盘的外部区域是引力不稳定的,因此需要向内的行星迁移来构建假设天体的当前结构。我们估计的差距开放的质量,并表明,II型迁移可能能够发挥这样的作用。结合地理信息系统与向内迁移,我们推测,所有观察到的差距可能是一个后果的机构,可能最初形成在外部的磁盘,并随后迁移到目前的位置。虽然ALMA前所未有的高空间分辨率观测可以彻底改变我们对行星形成的看法,但为了充分理解HL Tau图像,还需要进行更多专门的观测和理论研究。
2015-11-16 astro-ph.EP
Planet-Disk interaction in 3D: the importance of buoyancy waves
我们进行了局部三维(3D)流体动力学模拟的行星盘相互作用的分层盘具有不同的热力学性质。我们发现,每当在磁盘的Brunt-Vaisala频率(N)是非零的,行星施加一个强大的扭矩在磁盘上的行星附近,在传统的“扭矩截止”减少。特别是,这是真实的绝热扰动与等温密度结构的磁盘,应该是典型的中心照射的原行星盘。我们确定这个力矩与浮力波,这是激发(当N是非零)接近行星,在一个磁盘尺度的高度从它的轨道。这些波引起的密度扰动与特征的三维空间模式,这是在密切的协议与线性色散关系的浮力波。由于这些波的扭矩可以高达百分之几十的总行星扭矩,这是不预期的基础上的分析计算限于轴对称或低m模式。在行星周围,在原行星盘的内部密集区域,浮力波应该是无处不在的,在那里它们可能会影响行星的迁移。
2012-09-19 astro-ph.EP
The accumulation and trapping of grains at planet gaps: effects of grain growth and fragmentation
我们用全三维、光滑粒子流体动力学(SPH)、两相(气体+尘埃)流体动力学模拟方法模拟了原行星盘中尘埃的演化。气体+灰尘的动力学,空气动力学阻力导致颗粒的垂直沉降和径向迁移,是一致的治疗。在以前的工作中,我们的特点是在一个磁盘中包含一个缺口开放的行星和间隙的可探测性与阿塔卡马大型毫米/亚毫米阵列(ALMA)的非增长的尘埃颗粒的不同大小的空间分布。在这里,我们考虑到晶粒生长和破碎的影响,并研究其对磁盘中的固体分布的影响。我们发现,快速晶粒生长的两个积累区周围的行星间隙的强烈影响破碎。我们讨论ALMA观测的后果。
2015-06-01 astro-ph.EP
Are the observed gaps in protoplanetary discs caused by growing planets?
最近对原行星盘的详细观测揭示了许多亚结构,其中大多数是环状的。一种解释是,这些光环是由不断增长的行星造成的。这些潜在的行星还没有在它们的圆盘上打开非常深的缝隙。相反,这些行星在圆盘上形成小间隙,在其轨道外部产生小的压力颠簸,阻止最大尘埃颗粒的流入。在卵石吸积范例中,这个行星质量对应于卵石隔离质量,卵石吸积停止,有效的气体吸积开始。我们通过卵石和气体吸积进行行星人口合成,包括I型和II型迁移。在模拟的第一阶段,我们研究行星到达卵石隔离质量所需的条件,并将它们的位置与观察到的间隙进行比较。我们发现,为了匹配的差距结构2000 M E的卵石是必要的,这将只适用于最富金属的恒星。然后,我们跟踪这些行星的演化,将其与观测到的系外行星种群进行比较。行星形成在光盘与这些大量的卵石导致大多数形成气体巨星和只有很少的超级地球,矛盾的观察。这导致的结论是,要么(i)观察到的磁盘是例外,(ii)不是所有的差距,观察到的磁盘是由行星或(iii),我们错过了一些重要的成分,在行星形成有关的气体吸积和/或行星迁移。
2019-06-27 astro-ph.EP
Formation of Solar system analogues II: post-gas phase growth and water accretion in extended discs via N-body simulations
这项工作是一个项目的第二部分,该项目试图以自洽的方式分析太阳系类似物(SSA)从气相到后气相的形成。在第一篇论文(PI)中,我们提出了我们的行星形成在气相,它提供了我们的胚胎分布,星子的表面密度,偏心率和倾斜轮廓的SSA,考虑到不同的星子的大小和I型迁移率在气体消散的时候。在这第二项工作中,我们专注于晚吸积阶段的SSA使用PI作为初始条件进行N体模拟得到的结果。我们的兴趣之一是分析岩石行星的形成和它们最终在宜居带内的水含量。我们的研究结果表明,潜在宜居行星(PHPs)的形成似乎是这种情况下的一个共同过程。然而,形成PHPs的效率与微行星的大小直接相关。星子越小,形成PHPs的效率越高。我们还分析了我们的结果与I型迁移率和缺口开放巨人的情况下的敏感性,发现这两种现象以类似的方式行事。这些影响似乎有利于形成PHPs的小星子的情况下,是有害的大星子形成的情况。最后,另一个有趣的结果是,富水PHPs的形成似乎比干燥PHPs的形成更常见。
2018-07-04 astro-ph.EP