Extrasolar planet population synthesis IV. Correlations with disk metallicity, mass and lifetime
上下文这是一系列显示行星人口综合计算结果的论文中的第四篇。目标。本文的目的是系统地研究盘的重要性质，即盘金属丰度、质量和寿命对行星基本性质的影响。方法.对于大量的原行星盘，我们计算了一个人口的行星与我们的核心吸积形成模型，包括行星迁移和磁盘的演变。结果我们发现了大量的相关性：关于行星的初始质量函数，金属丰度，磁盘质量和磁盘寿命有不同的角色：对于高[Fe/H]，巨行星更频繁。对于高质量的盘，巨行星的质量更大。对于长的盘寿命，巨行星既更频繁，质量也更大。在低金属丰度时，非常巨大的巨行星无法形成，但除此之外，巨行星的质量和金属丰度是不相关的。相比之下，行星质量和盘气体质量是相关的。巨型行星形成的最佳位置是5天文单位。在这个距离之内和之外，需要更高的星子表面密度。低金属丰度可以被高盘质量所补偿，反之亦然，但不是无限的。在低金属丰度时，巨行星只在冰线外形成，而在高金属丰度时，巨行星形成发生在整个磁盘上。迁移的程度随着盘质量和寿命的增加而增加，通常随着金属丰度的增加而减少。金属丰度和巨行星的半长轴之间没有明确的相关性，因为在[Fe/H]低的盘中，行星开始更远，但迁移更多，而在[Fe/H]高的盘中，它们开始更远，但迁移更少。结论.原行星盘的性质决定了行星的性质，并留下许多印记。
2012-01-04 astro-ph.EP
Debris Disks: Seeing Dust, Thinking of Planetesimals and Planets
碎片盘是光学上薄的，几乎不含气体的尘埃盘，在年龄超过1千万年的主序星中有相当一部分的恒星周围被观测到。由于星周尘埃的寿命很短，这些盘的存在被认为是产生尘埃的星子仍然存在于成熟系统中的证据，在这些系统中，行星已经形成-或未能形成-很久以前。据推测，这些微行星以小行星到柯伊伯带的距离绕其宿主恒星运行，并通过相互碰撞不断提供新的尘埃。本文概述了碎片盘的观测技术和结果，总结了它们的基本物理和理论模型，然后将它们置于行星系的一般背景下，揭示了盘，尘埃母体和行星之间的相互关系。它表明，碎片盘可以作为微行星和行星的示踪剂，揭示了微行星和行星形成的过程中，在这些系统中运行的过去。
2010-03-26 astro-ph.EP
Resonant Excitation of Planetary Eccentricity due to a Dispersing Eccentric Protoplanetary Disk: A New Mechanism of Generating Large Planetary Eccentricities
我们提出了一种新的机制，产生大的行星偏心率。这种机制适用于行星在其同伴原行星盘的内腔中。具有内部截断的大质量盘可能由于与气体冷却相关的非绝热效应而变得偏心，并且可以在长寿命的相干进动偏心模式中保持其偏心率;当盘分散时，当行星和盘具有相同的拱点进动率时，内部行星将与偏心盘发生长期共振;然后，当系统经历共振时，行星的偏心率被激励到大值。在这项工作中，我们解决了偏心模式的一个模型盘广泛的质量。然后，我们采用一个近似的长期动力学模型来计算“行星+分散盘”系统的长期演化。在我们的计算中，这颗行星的偏心率很大（在0.1到0.6之间），尽管它的盘偏心率很小（$\lesssim0.05$）。这种偏心率激发可以理解为与“行星+盘”偏心率本征态的演化相关的模式转换（"避免交叉“）现象。
2022-11-14 astro-ph.EP
Debris Disks in Multi-Planet Systems: Are Our Inferences Compromised by Unseen Planets?
已解决的碎片盘特征（例如，翘曲、偏移、边缘和间隙、方位角不对称、径向加厚的环、刻度高度）包含关于潜在的行星系的有价值的信息，例如假定的行星质量、半长轴和其他轨道参数。大多数现有的模型假设一个单一的行星正在雕刻盘特征，但最近对成熟的行星系的观察（例如，通过径向速度测量或\textit{Kepler}）已经揭示了许多行星存在于多行星系统中。在这里，我们调查如果/如何从单行星模型推断行星属性受到损害时，多个行星居住在系统中。对于每个磁盘特征，我们构建了一个双行星模型，其中包括具有固定参数的行星b和具有全范围可能参数的行星c。我们研究了这些双行星系统，并总结了假设一个行星（即，行星b）导致对该行星性质的重大错误推断。我们发现，虽然磁盘功能通常主要是由一个单一的行星，当使用单行星模型，我们在极端情况下的数量级误解行星属性的风险。具体来说，我们有很高的风险误解行星的属性从磁盘扭曲;在中等风险磁盘边缘和间隙，径向加厚环，和规模的高度特征;和低风险的主机恒星磁盘中心偏移和方位角不对称。我们总结了一些情况，我们可以根据磁盘形态的差异推断需要使用多行星模型而不是单行星模型。
2019-12-09 astro-ph.EP
Impact of planet--planet scattering on the formation and survival of debris disks
行星-行星散射是一种能够显著改变行星系结构的主要动力学机制。除此之外，它还可能影响系统对碎片盘的形成和保持。行星的剧烈混乱演化可以很容易地清除剩余的微行星带，防止点燃大量的碰撞级联，从而产生碎片盘。在另一端，一个温和的演化与有限的步骤，偏心率和半长轴可以触发形成的碎片盘，通过搅拌最初安静的星子带。分析了行星之间的散射可能对碎片盘的形成产生的各种影响，并对不同结果的统计概率进行了评价。这导致了这样的预测，即经历了一段混沌演化的系统可能具有较低的概率窝藏碎片盘。
2014-08-13 astro-ph.EP
Debris Disks: Probing Planet Formation
碎片盘是在远红外巡天中发现的尘埃盘，约占附近主序星的20%。它们可以被认为是原行星盘的后代或行星系的组成部分，为星周盘的演化和行星形成的结果提供了有价值的信息。碎片盘的人口可以解释为星子带的稳定碰撞侵蚀;人口模型限制了在原行星盘中通常形成的星子（大小> 10公里）的位置（10- 100天文单位）和数量（> 1地球）。现在可以看到气体进入碎片盘阶段很长时间。其中一些是次要的，这意味着微行星具有太阳系彗星般的成分，但有些系统可能保留原始气体。对于某些碎片盘来说，持续的行星形成过程被引用，例如矮行星在未搅拌的盘中持续生长，或者通过巨大的撞击生长类地行星。行星以许多方式在碎片盘上留下结构的印记;间隙、团块、扭曲、偏心和其他盘的不对称性的图像，很容易用>>5au的行星来解释。在行星通常被发现的区域（<5au）的热尘埃被越来越多的恒星看到。这些灰尘通常起源于外带（例如，来自外彗星），尽管有时推断是小行星带或最近的碰撞。
2018-04-23 astro-ph.EP
Gap Formation in Planetesimal Disks Via Divergently Migrating Planets
虽然许多观测到的碎片盘被认为有暗示行星存在的间隙，但直接成像调查并没有在这些系统中发现许多高质量行星。我们调查，如果发散迁移是一个可行的机制，形成年轻的碎片磁盘与行星的质量足够低，目前逃避检测的差距。我们进行数值积分的行星对嵌入在星子磁盘评估的条件下，发散，星子驱动的迁移发生和差距内形成的磁盘。间隙宽度和行星对内行星的迁移速率取决于盘的质量和行星共享盘材料的程度。我们发现，行星对行星质量比海王星可以产生差距的宽度类似于他们的轨道距离在10万年内的轨道分离探测直接成像运动。然而，成对的迁移超级地球可能无法在相同的时间和距离尺度上形成可观测的间隙。从这些间隙中推断出负责的行星质量，而忽略了迁移，可能会高估行星的质量超过一个数量级。
2018-09-26 astro-ph.EP
Formation of a planetary Laplace resonance through migration in an eccentric disk - The case of GJ876
行星系中的轨道平均运动共振起源于导致轨道迁移的盘-行星相互作用中的耗散过程。在拥有巨行星的多行星系统中，原行星盘的扰动强烈地影响着伴星的迁移。通过研究GJ 876周围的共振行星系，我们的目标是探索在这样一个多行星系统中，是什么影响了形状盘驱动的迁移，以形成共振链。我们利用二维局部等温流体动力学模拟方法模拟了嵌入原行星盘中的三颗行星的轨道迁移。我们通过改变盘的厚度，$α$粘度，质量以及行星的初始位置进行了参数研究。此外，我们分析和比较了各种边界条件的模拟在磁盘的内缘。我们发现，由于巨行星的高质量，大量的偏心率可以激发在磁盘。这导致作用在外部低质量行星上的扭矩变化很大，我们将其归因于由于磁盘偏心率引起的Lindblad和共转共振的转变。根据磁盘参数，外行星的迁移可以在非共振状态下停止。在其他模型中，外行星能够打开一个部分间隙，并再次使圆盘圆化，然后与系统中质量最大的行星进入2：1共振，以完成观测到的拉普拉斯共振。由于螺旋波和圆盘偏心率的激发，行星之间的相互作用导致外部低质量行星的平滑向内迁移发生偏差。因此，必须对磁盘驱动的多行星系统迁移进行自洽建模。我们的研究结果与最外层行星进入共振链的后期迁移是一致的，当时巨行星对已经处于共振状态。
2018-08-13 astro-ph.EP
Planet-disk interaction and orbital evolution
当行星在气态原行星盘中形成和生长时，盘和行星之间的相互引力作用导致角动量的交换，以及行星的迁移。我们回顾了目前对磁盘行星相互作用的理解，特别关注决定迁移速度和方向的物理过程。我们描述了嵌入在原行星盘中的低质量行星的演化，并研究了Lindblad和共转力矩作为盘属性的函数的影响。还讨论了盘在引起偏心率和倾角的演变中的作用。我们描述的快速迁移的中间质量的行星，可能会发生一个失控的过程，并检查过渡到间隙的形成和缓慢的迁移驱动的粘性演化的磁盘大规模的行星。详细讨论了磁盘自重和磁流体动力学湍流的作用和影响，作为行星质量的函数，是多行星系统的演变。最后，我们解决的问题，以及全球模型的行星形成，包括迁移能够匹配观测太阳系外行星。
2012-04-05 astro-ph.EP
Giant planet migration, disk evolution, and the origin of transitional disks
我们提出了巨型行星迁移模型在不断发展的原行星盘。我们的圆盘演化受到角动量和光蒸发的粘性传输，而行星经历II型迁移。我们使用蒙特卡罗方法，运行大量的模型，在初始条件的范围。我们发现，相对简单的模型可以再现观测到的太阳系外巨行星的径向分布，以及原行星盘的寿命和吸积历史。使用最先进的光蒸发模型的结果之间的耦合程度的行星形成和磁盘清除，这是以前没有发现。如果行星要在半径<~1.5AU的地方生存，那么一定程度的行星轨道吸积是必要的，如果木星质量或更大的行星要在我们的模型中生存，它们必须能够在形成区域的盘表面密度较低的晚期形成。我们的模型形成了两种不同类型的“过渡”盘，嵌入式行星和清除盘，表现出显着不同的属性。我们发现，这些系统的可观测特性与当前的观测结果大致一致，并突出了有用的观测诊断。我们预测，年轻的过渡盘更有可能包含嵌入的巨行星，而较老的过渡盘更有可能正在经历磁盘清理。
2009-08-31 astro-ph.EP
Migration of planets embedded in a circumstellar disk
行星迁移对行星形成理论提出了严峻的挑战。在气态和微行星盘中，迁移可以在行星形成的同时迅速将其移除。为了探索在一个星子盘迁移，我们结合分析和数值方法。在推导出孤立行星的一般分析迁移率后，我们使用N体模拟来确认这些结果的快速和缓慢的迁移模式。迁移率的标度为1/m（对于大质量行星）和1/（1+（e_H/3）^3），其中m是行星的质量，e_H是以希尔单位表示的背景星子的离心率。当多个行星搅动圆盘时，我们的模拟产生了大规模迁移停止的新结果。因此，成长中的行星不会通过星子盘迁移。为了将这些结果扩展到气体磁盘中的迁移，我们比较了物理相互作用和速率。虽然通过气体盘的迁移是气体巨星形成的一个重要问题，但我们得出结论，迁移对类地行星的形成几乎没有影响。
2011-04-19 astro-ph.EP
Chemistry in an Evolving Protoplanetary Disk: Effects on Terrestrial Planet Composition
行星的组成在很大程度上取决于星子形成和生长期间盘的化学和动力学演化。为了预测系外行星成分的多样性，以前的工作将星子成分建模为原行星盘在单一时间的平衡化学成分。然而，星子的形成需要一段很长的时间，在此期间，随着盘的冷却，气体中的元素依次冷凝并吸积到星子上。为了解释星子形成过程中的盘的演化，我们将盘的化学和动力学模型与星子形成的处方结合起来。然后，我们按照这些星子的成长为类地行星与N体模拟的后期阶段行星形成，以评估连续冷凝的效果上的大部分组成的行星。我们发现，我们的模型产生的结果类似于早期的模型与C/O比接近太阳值（0.54）的磁盘。然而，在C/O比大于0.8的盘中，富碳微行星在盘的更大的径向范围内形成。此外，我们的模型产生的C/O比低至~0.65，这是不可能的，在静力平衡化学的情况下，在磁盘中的富碳星子。这些结果表明：（1）中等碳增强恒星（0.65 < C/O < 0.8）周围可能存在大量短周期富碳行星;（2）富碳恒星（C/O > 0.8）周围的整个类地行星区都可能形成富碳行星。
2014-05-13 astro-ph.EP
Planet formation in stellar binaries I: planetesimal dynamics in massive protoplanetary disks
大约$20\%$的径向速度调查发现的系外行星居住在恒星双星。为了弄清它们的起源，我们必须了解双星系统内原行星盘中的微行星的动力学。标准的描述，只占气体阻力和引力的伴星已受到挑战，最近的原行星盘的引力被证明在星子动力学中起着至关重要的作用。另一个复杂的现象是双星系统中的原行星盘倾向于偏心，从而引起额外的星子偏心率激发。在这里，我们第一次解析地探讨了双星如$α$ Cen和$γ$ Cep在（1）偏心原行星盘的重力，（2）由于（共面）偏心伴星的扰动，和（3）气体阻力的联合作用下的星子的长期动力学。我们得到明确的解决方案的行为的星子偏心率${\bf e}_p$在非旋进磁盘（和旋进磁盘在一定的限制）。我们得到了星子相对速度分布的解析形式，这是理解它们碰撞演化的关键输入。盘引力强烈地影响相对速度，并且倾向于将以最高速度与可比物体碰撞的微行星的大小推到小值，$\sim 1$ km。我们还发现，在偏心的原行星盘approximally对齐的双星轨道的星子碰撞在较低的相对速度比在错位磁盘。我们的研究结果突出了一个决定性的作用，磁盘重力在双星的微行星动力学。
2014-08-21 astro-ph.EP
Binary planetesimals and their role in planet formation
小行星盘的动力学演化是行星形成的主要演化阶段之一。这些圆盘被认为是通过引力相遇和单个微行星之间的物理碰撞而进化的。近年来，在太阳系观测到了多颗双星微星，表明微星的双星度较高。然而，目前对星子盘形成和演化的研究并不能解释双星的作用。在这里，我们指出，引力遇到的双星子可以有一个重要的作用，在星子盘的演化。双星微行星催化微行星之间的近距离相遇，并能大大提高它们的碰撞率。双星也可以作为星子盘的额外热源，通过双星的引力势能转换成盘中星子的动能。
2010-12-02 astro-ph.EP
Formation of terrestrial planets in disks evolving via disk winds and implications for the origin of the solar system's terrestrial planets
最近的三维磁流体动力学模拟已经确定了一种盘风，通过这种盘风，气体物质从原行星盘表面流失，这可以显著改变内盘的演变和类地行星的形成。同时描述盘中气态和固态成分的实际演化，可能为解决太阳系中类地行星的质量集中问题提供线索。我们模拟形成的类地行星从行星胚胎在磁盘，通过磁旋转不稳定性和磁盘风的演变。目的是研究盘风对行星系轨道演化和最终构型的影响。我们进行N体模拟60 0.1地球质量的胚胎在一个不断发展的磁盘。通过求解一个一维扩散方程的下沉项，占磁盘风的气体表面密度的演变进行跟踪。我们发现，即使在一个弱盘风的情况下，内盘的气体表面密度的径向斜率变浅，减缓或停止胚胎的I型迁移。如果盘风的影响很强，则盘轮廓会显著改变（例如，正表面密度梯度，由内向外排空），导致约1 AU内的胚胎向外迁移。盘风通过改变盘的轮廓，对几个天文单位内的类地行星的形成起着至关重要的作用。此外，胚胎可以进行收敛迁移到~ 1 AU在一定可能的条件下。在这种情况下，太阳系类地行星的特征（例如，质量浓度约为1 AU，晚期巨大撞击）。
2015-05-05 astro-ph.EP
Influence of the circumbinary disk gravity on planetesimal accumulation in the Kepler 16 system
最近，美国宇航局开普勒任务的观测发现了第一颗环绕双星轨道的行星。我们试图回答的问题是，这些行星在环双星盘中的何处形成，以及它们在其中迁移了多远才到达现在的位置。我们研究的是行星形成的第一个也是更微妙的阶段，即微行星积累形成行星胚胎的阶段。我们使用流体动力学程序FARGO来研究盘的演化和嵌入其中的微行星的测试种群。用这种混合流体动力学-N-体程序，我们可以正确地解释气体对微行星的拖曳力和盘对微行星的引力。数值模拟结果表明，微行星群中偏心盘的引力使它们的偏心率远大于距恒星10 AU以内的双星扰动所引起的偏心率。此外，行星盘的重力阻止了小行星近心点的完全对齐。这两种效应都导致了大的冲击速度，超过了侵蚀的临界值。行星体在环双星盘中的聚集似乎是由于环双星盘的引力扰动而被阻止靠近恒星对。观测到的行星可能形成于盘的外部区域，然后通过与盘的潮汐相互作用迁移到内部。
2013-03-20 astro-ph.EP
Primordial giant planet obliquity driven by a circumplanetary disk
由于恒星潮汐势的作用，分离的环行星盘是不稳定的。我们研究了一个倾斜的环行星盘如何影响扁圆行星自转轴的演化。磁盘的演变使用依赖于时间的线性波状翘曲演化方程，包括代表潮汐势和行星扁率的影响的条款。对于一个质量足够大的圆盘，我们发现行星的自旋很快就与未对准的圆盘对准。行星自转轴的倾斜度在与圆盘相同的时间尺度上增加。这可能是在巨行星中产生原始行星的有效机制。我们认为，直接成像的系外行星在大的轨道半径，其中磁盘质量标准是更有可能得到满足，可能有显着的不稳定性，由于其环行星盘的倾斜。
2021-04-13 astro-ph.EP
Detection and Characterization of Extrasolar Planets through Mean-Motion Resonances: Simulations of Hypothetical Debris Disks
行星对邻近盘的引力影响为探测和研究太阳系外行星系提供了强有力的工具。在这里，我们表明，差距可以打开动态冷碎片磁盘的平均运动共振的轨道行星。这些间隙是从行星本身的轨道上打开的，这表明并非所有的盘间隙都需要包含行星体。这些间隙大而深，足以在大范围合理的盘行星参数的解析盘图像中检测到，尽管我们迄今为止还没有发现任何这样的间隙。间隙的形状和大小可以诊断行星的位置、偏心率和质量，并允许人们推断出看不见的行星的存在，以及这些系统中可见和不可见行星的许多重要参数。我们提出的表达式，使行星质量计算所观察到的差距的宽度和位置。
2016-03-29 astro-ph.EP
Modeling Dust Emission of HL Tau Disk Based on Planet-Disk Interactions
我们使用广泛的全球二维流体动力学磁盘气体+尘埃模拟嵌入行星，再加上三维辐射转移计算，模拟尘埃环和间隙结构的HL头原行星盘观察与阿塔卡马大毫米/亚毫米阵列（ALMA）。我们包括自引力盘气体和尘埃成分，并作出合理的选择磁盘参数，假设已经解决尘埃分布和没有行星迁移。我们可以得到相当充分的适合所观察到的尘埃排放使用质量为0.35，0.17，和0.26 $M_{Jup}$在13.1，33.0，和68.6 AU，分别行星。对行星形成的影响以及这种情况下的局限性进行了讨论。
2016-01-04 astro-ph.EP
Stability of the Outer Planets in Multiresonant Configurations with a Self-gravitating Planetesimal Disk
我们研究了一个大规模的星子盘上的外行星的动力学稳定性的影响，假设，最近已经建议，这些最初被锁定在一个紧凑的和多共振的配置作为气体驱动的迁移的结果在一个原行星盘。在我们的模拟中的所有机构之间的引力相互作用包括自洽使用Mercury6.5代码。几个初始的多共振配置和星子盘模型被认为是。在这样的条件下，一个强大的动力学不稳定性，表现为一个快速的巨行星迁移和星子盘分散，在大多数情况下，在小于40万年的时间尺度上发展。与忽略微行星间相互作用的模型相比，由于微行星间的引力相互作用而导致的动力盘加热导致微行星与冰巨星天王星和海王星之间更频繁的相互作用。考虑到快速演化的多共振配置与完全自洽的模拟，我们的结果是不一致的动力学不稳定性起源的晚期重轰炸，目前所考虑的尼斯模型的太阳系。
2014-06-09 astro-ph.EP
Architecture of three-planet systems predicted from the observed protoplanetary disk of HL Tau
ALMA观测到的一些原行星盘可能为行星系的初始条件提供了直接的例子。特别是，HL Tau盘已经被深入研究，它的环/间隙通常被解释为嵌入间隙中的不可见的大质量行星的结果。基于这一解释，我们进行了N体模拟研究行星的轨道演化的原行星盘内和磁盘分散后。在盘分散之前，我们的N体模拟包括行星的迁移和质量增长以及盘的演化。通过改变盘的参数，我们产生了各种广泛分离的行星系组成的三个超级彗星在盘分散结束。我们发现外行星的质量比内行星大，由于外行星的吸积，最内行星的迁移效率很低。我们还展示了最终的配置和最终的行星质量如何取决于磁盘参数。迁移被发现是收敛的，没有行星对的周期比小于2。在磁盘分散之后，我们切换到纯引力N体模拟，并将轨道积分到10 Gyr。大多数模拟系统至少在10 Gyr内保持稳定。我们讨论的影响，我们的结果中观察到的广泛分离的行星系HR 8799和PDS 70。
2020-02-19 astro-ph.EP
Planet formation and disk-planet interactions
本综述基于2015年3月在瑞士Les Diablerets举行的第45届萨斯费高级课程“从原行星盘到行星形成”的讲座。本文首先概述了太阳系和太阳系外行星的主要特征，然后从连续吸积的角度描述了行星形成的过程。首先介绍了尘埃颗粒到微行星以及随后到类地行星或行星核的生长过程。接下来是巨行星的形成过程，要么是核心吸积，要么是引力不稳定。最后，介绍了由盘-行星相互作用驱动的轨道要素的动态演变和多物体系统的总体演变。
2017-07-22 astro-ph.EP
Formation of the terrestrial planets in the solar system around 1 au via radial concentration of planetesimals
水星的轨道内没有行星存在，而太阳系的类地行星则呈现出局部化的结构。根据原行星盘的热结构计算，除了盘演化的早期阶段外，在距太阳0.1 au处有一条硅酸盐凝聚线（~ 1300 K），星子可能在水星轨道内形成。最近的一项关于磁盘演化的研究，包括磁驱动磁盘风的研究表明，气体磁盘在距离中心恒星约1 au的范围内获得了正的表面密度斜率。在一个具有正的中平面压力梯度的区域中，微行星发生向外的径向漂移。我们调查的径向漂移的星子和I型迁移的行星胚胎在磁盘中的粘性发展与磁驱动盘风。我们展示的情况下，没有行星留在附近的区域。微行星的径向漂移模拟使用最近的磁盘演变模型，包括磁盘风的影响。行星形成的后期阶段，也进行了行星胚胎的N体模拟检查。我们表明，在磁盘演化的中期阶段，星子可以进行收敛径向漂移磁旋转不稳定性（MRI）不活跃的磁盘，其中的压力最大值创建，并积累在一个狭窄的环状区域与内边缘在~ 0.7 AU从太阳。我们还表明，行星胚胎，可能会从狭窄的星子环不表现出显着的I型迁移在磁盘演化的后期阶段。太阳系的类地行星的定域结构，特别是近区行星的缺乏，可以用近区正压梯度盘中的星子的会聚径向漂移来解释。
2018-04-06 astro-ph.EP
Planet--planet scattering in circumstellar gas disks
对嵌入气体盘中的两颗巨行星的流体动力学模拟表明，在平滑收敛迁移的情况下，它们最终会陷入平均运动共振。这些发现使人们相信，只有在偏心阻尼结束时气体消散之后，才会发生导致行星之间近距离相遇的动力学不稳定性。我们表明，一个系统的三个巨大的行星可能会发生行星行星散射时的气体盘，密度值相当于最小质量的太阳星云，仍然是相互作用的行星。流体动力学代码FARGO--2D--1D用于模拟盘和行星的演化，修改后可以正确处理大质量天体之间的近距离接触。我们的模拟预测了散射阶段的各种不同结果，包括轨道交换、行星合并和双曲线轨道中行星的散射。这意味着在盘力矩的作用下，多行星系统的最终命运不一定是一个压缩共振构型。
2010-05-05 astro-ph.EP
On the misalignment of the directly imaged planet β Pictoris b with the system's warped inner disk
碎片盘Beta Picture中的垂直弯曲-一个倾斜的内盘延伸到平坦的外盘-长期以来一直被解释为倾斜轨道上行星的路标。2004年至2010年的直接图像显示了一颗质量和轨道距离与这张照片一致的行星。然而，最近有报道称行星b的轨道与平坦的外盘对齐，而不是倾斜的内盘，因此没有使盘弯曲的倾斜度。我们探讨了三种情况下，协调明显的不一致的直接成像的行星Beta Picasso b与扭曲的内盘的Beta Picasso：观测的不确定性，一个额外的行星，和阻尼行星b的倾斜。我们发现，在不确定性的极端情况下，毕宿二的轨道具有产生观测到的翘曲所必需的倾角。我们还发现，如果行星b与平坦的外盘对齐，它将阻止另一颗行星产生具有所观察到的特性的翘曲;因此行星b本身必须对翘曲负责。最后，行星b的倾角可能已经被动力学摩擦阻尼，仍然会产生观察到的圆盘形态，但阻尼的可行性取决于圆盘的性质和其他行星的存在。对行星b的轨道和外盘的位置角进行更精确的观测将使我们能够区分第一种和第三种情况。
2011-11-23 astro-ph.EP
Planet formation in binaries: dynamics of planetesimals perturbed by the eccentric protoplanetary disk and the secondary
在偏心的、近距离的双星系统（距离约为20天文单位）中发现行星，如αCen或γCep，是对行星形成理论的重要检验。来自伴星的引力扰动预计会激发出高的微行星离心率，导致在与类似大小的天体碰撞时，大小可达数百公里的天体的破坏，而不是增长。最近有人提出，嵌入微行星的巨大轴对称气体盘的重力驱动其轨道的快速岁差，从而抑制了偏心率激发。然而，双星中的圆盘本身被认为是偏心的，导致额外的星子激发。本文发展了椭圆形原行星盘（忽略气体阻力）和伴星引力扰动下微行星偏心率演化的长期理论。首次导出了偏心圆盘扰动函数的表达式，该表达式可用于其他天体物理问题。我们获得明确的分析解决方案，小行星偏心率的演变，并描绘了四个不同的制度的动力学激发。我们证明了在具有大质量（>10^{-2}M_Sun）盘的系统中，微行星的偏心率通常仅由偏心盘的引力决定，并且与盘的偏心率相当。结果，后者对固体的碰撞速度施加了下限，使它们的生长成为问题。如果气体盘快速进动，或者气体盘自身的重力有效地降低了盘的偏心率，则可以消除这种碎裂障碍。
2014-10-29 astro-ph.EP
Architecture of planetary systems predicted from protoplanetary disks observed with ALMA II: evolution outcomes and dynamical stability
最近ALMA对盘亚结构的观测表明，在大量的盘中存在嵌入式原行星。这些行星系的原始配置可以推断出从磁盘子结构的形态，并作为初始条件的数值研究其未来的演变。从12个由ALMA盘导出的多行星系的初始构型出发，采用两阶段N体模拟方法研究了行星系在盘阶段的演化以及盘消散后的长期轨道稳定性。在盘阶段，我们的模拟包括轨道迁移和卵石/气体吸积效应。我们发现产生了各种各样的行星系，可以分为遥远的巨行星、类海王星行星、类海王星行星和遥远的小行星。我们发现，盘阶段的演变以及最终的配置是敏感的初始质量分配和粘度。在圆盘阶段之后，我们只实现恒星和行星之间的相互引力，并引入随机扰动力。所有系统都集成了高达10 Gyr，以测试其轨道稳定性。大多数行星系至少在10 Gyr内是稳定的，其摄动力在合理的范围内。我们的结果意味着，一个强扰动源，如恒星飞掠需要驱动的行星系不稳定。我们讨论了我们的研究结果对盘和行星观测的影响，这可能会被下一代望远镜，如JWST和ngVLA证实。
2022-04-19 astro-ph.EP
On the Interaction between a Protoplanetary Disk and a Planet in an Eccentric Orbit: Application of Dynamical Friction
我们提出了一种新的分析方法，盘行星的相互作用，是特别有用的行星偏心率大于磁盘的纵横比。我们利用动力摩擦公式计算行星盘对行星的作用力，并将该作用力在行星周期内平均。由此产生的迁移和偏心阻尼时标同意非常好，与以前的作品中，行星偏心率是适度大于磁盘的纵横比。这种方法的优点是，它是可能的，适用于任意大偏心率的制定。我们已经发现，在高度偏心的行星的情况下，轨道演化的时间尺度在很大程度上取决于所采用的盘模型。我们讨论了我们的结果可能的含义的理论行星形成。
2011-06-02 astro-ph.EP
A Machine Learning model to infer planet masses from gaps observed in protoplanetary disks
对明亮的原行星盘的观测经常显示出尘埃排放中的环形间隙。对这些间隙的一种解释是盘-行星相互作用。如果是这样的话，将行星间隙模型与观测到的原行星盘间隙拟合，就可以揭示隐藏行星的存在。然而，未来的调查预计将产生越来越多的原行星盘与差距。在这种情况下，由于磁盘行星相互作用的复杂性，为每个目标执行定制的拟合变得不切实际。为此，我们引入了DPNNet（磁盘行星神经网络），这是一种通过利用机器学习的力量来建立行星间隙的有效模型。我们训练一个深度神经网络，其中包含大量的尘埃盘行星流体动力学模拟，包括行星质量、盘温度、盘粘度、盘表面密度分布、粒子斯托克斯数和尘埃丰度。然后，可以部署网络来提取给定间隙形态的行星质量。在本系列的第一部分中，我们将重点介绍机器学习框架的基本概念。我们证明了它的实用性，将其应用到尘埃间隙中观察到的HL头周围的原行星盘在$10$ au，$30$ au，和$80$ au。我们的网络预测行星质量分别为$80 \, M_{\rm Earth}$、$63 \, M_{\rm Earth}$和$70 \, M_{\rm Earth}$，这与基于专门模拟的其他研究相当。我们讨论了我们的DPNNet的主要优势，它的灵活性，将新的物理，任何数量的参数和预测，其潜力，最终取代流体动力学模拟磁盘观察员和建模。
2020-07-27 astro-ph.EP
Planetesimals to Terrestrial Planets: collisional evolution amidst a dissipating gas disk
我们对类地行星的形成过程进行了数值模拟，研究了内太阳系中从微行星到行星的连续生长过程。以前的研究表明，生长将是由内而外的，但通常的做法仍然是假设整个内盘最终将达到胚胎和星子的双峰分布。对于盘质量，初始星子半径和气体盘寿命的组合，在这项工作中探索的整个磁盘从来没有达到一个简单的双峰质量分布。我们发现，由内而外的增长被放大的碰撞演化的固体和相互作用与耗散气体盘的综合影响。这导致了在同一时间内，在盘的不同位置永远不会实现寡头增长，在某些情况下，盘可以在1 au内支持混乱的增长和巨大的影响，并在2 au之外支持失控的增长。星子人口是有效地耗尽在内盘胚胎生长主要是在一个显着的气体盘的存在下进步。进一步在磁盘的增长是较慢的相对于气体盘耗散，导致更多的激发星子在同一阶段的增长和效率较低的吸积。由于碰撞研磨强烈改变了吸积行星相对于初始质量分布的表面密度，这种相同的效应导致了质量损失。与以前没有碰撞研磨的工作相比，这种效应降低了火星与地球的质量比。与之前的一些发现类似，这些模拟使用了截然不同的生长情景，产生了第一代行星胚胎，在不稳定并进入混沌生长阶段之前，这些胚胎稳定了10-20百万年，或气体耗散时标的5-10个e折叠时间。
2019-08-02 astro-ph.EP
Planet Gap-opening Feedback on Disk Thermal Structure and Composition
本研究通过迭代流体动力学与辐射传输模拟，探究行星开缝过程对原行星盘热结构和化学组成的影响，发现开缝行星显著改变盘内温度分布、冰线位置及C/O比，进而影响下一代行星的化学组成。
2023-10-20 astro-ph.EP
Clearing residual planetesimals by sweeping secular resonances in transitional disks: a lone-planet scenario for the wide gaps in debris disks around Vega and Fomalhaut
在织女星和北落师门的碎片盘中都观察到了扩大的间隙。这些结构被归因于多个超木星气体巨行星的潮汐扰动。然而，在目前的观测范围内，还没有发现这样大的行星。在这里，我们提出了一个不太严格的“孤独行星”的情况下，占观察到的结构与一个单一的偏心气体巨星，并建议清除这些广泛的差距是由其广泛的长期共振。在气盘气体耗尽的过程中，行星的长期共振向内传播，并在气盘的扩展区域上清除了一个很大的间隙。虽然一些残留的中等大小的微行星可能会留在间隙中，但它们的表面密度太低，既不能产生超级地球，也不能导致足够频繁的破坏性碰撞，以产生任何可观测的尘埃特征。与以前的多气体巨星潮汐截断方案相比，这个孤行星扫描长期共振模型的主要优点是对气体巨星数量的要求放宽。如果假设的行星有显著的偏心率，观测推断的质量上限也可以满足。相当一部分的太阳系或更大质量的恒星都有巨大的气体行星，并且有着显著的偏心率。如果这些行星在其出生盘耗尽之前获得了它们现在的运动学特性，那么它们广泛的长期共振将有效地阻止邻近行星和微行星在轨道半长轴范围内的保留。
2017-09-21 astro-ph.EP
Constraining Protoplanetary Disk Accretion and Young Planets Using ALMA Kinematic Observations
最近的ALMA分子线观测揭示了原行星盘中的三维气体速度结构，揭示了盘吸积和结构形成的机制。1)通过进行粘性模拟，我们确认，磁盘的速度结构显着不同的垂直应力分布从不同的吸积机制。因此，运动学观测跟踪流在不同的磁盘高度可以潜在地区分不同的吸积机制。另一方面，盘面密度的演化主要取决于垂直积分应力。由最近的运动学观测约束的尖锐的盘外缘可能是由盘中径向变化的$α$引起的。2)我们还研究了一个年轻的行星进行3-D行星盘模拟的运动学签名。行星质量和“扭结”速度之间的关系推导出，显示出一个线性关系，几乎没有依赖于磁盘的粘度，但一些依赖于磁盘的高度时，行星是大质量的，例如$10 M_J$。我们预测了DSHARP盘中潜在行星的“扭结”速度。在气隙边缘，不同高度的方位平均速度与开普勒速度的偏离幅度相似，其与行星质量的关系与二维模拟结果一致.移除行星后，在粘性时间尺度内，方位平均速度几乎没有变化，因此间隙边缘处的方位平均速度结构是由于间隙本身而不是直接由行星引起的。结合轴对称运动学观测和剩余的“扭结”速度是探测原行星盘中年轻行星所必需的。
2021-02-14 astro-ph.EP
Composition of Early Planetary Atmospheres II: Coupled Dust and Chemical Evolution in Protoplanetary Disks
我们提出了一系列论文中的下一步，致力于将形成行星的大气成分与它们出生时进化的原行星盘的化学成分联系起来。这里提出的模型计算耦合的化学和尘埃的磁盘的演变和形成的三个行星的磁盘模型。我们的三个典型的行星陷阱产生了一个接近1 AU的木星，一个热木星和一个超级地球。我们研究了最终的轨道半径，质量和大气化学的行星形成在磁盘模型与初始磁盘质量的变化0.02 $M_\odot$以上和以下我们的基准模型（$M_{disk,0} = 0.1 ~M_\odot$）的依赖性。我们计算了在我们的3个模型中形成的大气层的C/O和C/N，发现C/O $_{\rm planet}\sim$ C/O $_{\rm disk}$在我们的模型中形成的不同行星之间没有强烈的变化。大气中的氮含量在不同的圆盘模型中生长的行星中可能会有所不同。这些差异与行星的形成历史、行星吸积大气的时间和位置有关，并编码在NH $_3$的大量丰度中。这些结果表明，未来的观测大气NH $_3$和行星的C/O和C/N的估计可以告知特定的行星系的形成历史。
2017-05-05 astro-ph.EP
Planetesimals in Debris Disks
微行星形成于年轻恒星周围富含气体的原行星盘中。然而，原行星盘在大约1000万年后逐渐消失。留下的星子（以及许多行星）太暗，无法直接研究。幸运的是，微行星之间的碰撞会产生尘埃碎片盘。这些碎片盘追溯了类地行星形成1亿年和系外行星系统演化10亿年的过程。本章首先概述了星子的形成，作为星子毁灭时代的前奏。我们对碎片盘的审查涵盖了理解观测所需的关键问题，包括尘埃产生和动力学。我们对太阳系外碎片的讨论着眼于与太阳系尘埃的相似性和差异。
2015-12-15 astro-ph.EP
Distribution of captured planetesimals in circumplanetary gas disks and implications for accretion of regular satellites
巨行星的规则卫星是由环绕行星的圆盘中的固体吸积而形成的。在日心轨道上运动的小行星，如果足够大，可以从原行星气盘的气流中分离出来，就可以被环行星盘的气体阻力捕获。在目前的工作中，我们使用轨道积分研究了捕获的星子在环行星盘中的分布。我们发现，被捕获的星子的数量达到一个平衡态作为一个平衡之间的持续捕获和轨道衰变到行星。逆行轨道上捕获的星子数量比逆行轨道上的要少得多，因为逆行轨道上的星子会遇到强烈的逆风，并迅速螺旋进入行星。我们发现，在当前的径向位置的规则卫星的星子的表面数密度可以显着增强的气体阻力捕获，取决于星子的速度分散和原行星盘的间隙的宽度。利用一个简单的模型，我们还研究了尘埃和捕获的微行星在环行盘中的表面密度之比，发现当微行星的速度色散相当小时，在原行星盘中没有形成大的间隙时，捕获的微行星在当前规则卫星所在位置的固体物质中占主导地位。在这种情况下，在这样一个区域捕获的星子可以在螺旋进入行星之前通过相互碰撞而增长，并有助于常规卫星的增长。
2017-03-23 astro-ph.EP
Type I planet migration in nearly laminar disks - long term behavior
我们进行了不同盘粘性的I型行星迁移的二维高分辨率数值模拟。我们发现，行星迁移是强烈依赖于磁盘的粘度。讨论了两种密度波阻尼机理。因此，角动量输运可以是粘性主导的，也可以是激波主导的，这取决于盘的粘性。长期的迁移行为也是不同的。文中还讨论了Rossby涡旋不稳定性对行星迁移的影响。此外，我们研究了小质量行星在无粘盘中产生的非常弱的激波，并将结果与先前的分析结果进行了比较。
2010-02-01 astro-ph.EP
Mass constraint for a planet in a protoplanetary disk from the gap width
一颗巨大的行星在原行星盘中产生了一个缺口，这可能解释了在原行星盘中观察到的缺口。间隙的宽度和深度取决于行星的质量和盘的性质。我们已经进行了二维流体动力学模拟各种行星质量，磁盘的长宽比和粘度，以获得一个经验公式的间隙宽度。间隙宽度与行星质量的平方根、盘纵横比的-3/4次方和粘度的-1/4次方成比例。这个经验公式使我们能够从观测到的间隙宽度来估计嵌入盘中的行星的质量。我们把计算间隙宽度的经验公式应用到HL~Tau盘上，假设ALMA观测到的每个间隙都是由行星产生的，并讨论了间隙内的行星质量。由气隙宽度估算行星质量受观测分辨率和尘埃过滤的影响小于由气隙深度估算行星质量。
2016-03-12 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
Detection and Characterization of Extrasolar Planets through Mean-Motion Resonances. II. The Effect of the Planet's Orbital Eccentricity on Debris Disk Structures
在碎片盘中观察到的结构可能是由与行星或恒星同伴的引力相互作用造成的。这些受扰动的圆盘通常被认为表明行星的存在，并提供了对圆盘和扰动行星性质的见解。碎片盘中的间隙可能表明间隙内存在行星，但这种间隙也可能发生在远离行星轨道的平均运动共振（MMR）处，这是我们感兴趣的焦点。我们扩展我们的研究，通过MMR的行星盘相互作用，在较早的文件中，系统中的扰动行星有适度的轨道偏心率，在系外行星系统中常见的情况。特别是，一个新的结果是，3：1 MMR变得明显，在更高的偏心率，而它的影响是不存在的圆形行星轨道。我们也只考虑与至少1个木星质量的行星体的引力相互作用。我们早期的工作表明，即使是1个地球质量的行星理论上也可以打开MMR间隙;然而，考虑到低质量行星可以打开的狭窄间隙，它的可观测性将是值得怀疑的。我们发现，两个突出的结构，2：1和3：1 MMR的宽度，位置和形状，可以用来确定质量，半长轴，和偏心率的行星扰动，并提出了一个算法这样做。这些MMR结构可以用来缩小位置，甚至确定碎片盘中任何推断但尚未看到的行星的行星属性（如质量）。我们还简要地讨论了偏心盘的亮度不对称性和它们的依赖于这些磁盘观察到的波长的影响。
2017-09-28 astro-ph.EP
Self-consistent $N$-body simulation of Planetesimal-Driven Migration. II. The effect of PDM on planet formation from a planetesimal disk
Kobe University（神户大学）；The University of Tokyo（东京大学）
本文通过高分辨率模拟研究了PDM对行星形成的影响，揭示了动态迁移对早期行星形成的重要作用。
2026-01-28 astro-ph.EP
Capture of planetesimals by waning circumplanetary gas disks
当气态巨行星的质量足够大时，就会形成环行星盘。虽然被环行行星盘捕获的固体可能有助于行星和它们周围的常规卫星的生长，但一些被捕获的天体在盘分散后仍会留在行星中心的轨道上。我们研究捕获和随后的轨道演化的微行星在减弱的环行星际气体盘使用三体轨道积分。我们发现，在这种微弱的气体阻力作用下，一些被捕获的星子可以在环行盘中存活很长一段时间。捕获的星子的半长轴小于行星希尔半径的三分之一左右。它们的偏心率和倾角的分布在磁盘分散后取决于气体阻力的强度和磁盘分散的时间尺度，和最初强大的气体阻力和快速磁盘分散有利于捕获和生存的星子。然而，在这种情况下，最终的轨道偏心率和倾斜度的捕获机构仍然相当大。虽然我们的研究结果表明，一些目前的不规则卫星的气体巨行星与小半长轴将被捕获的气体阻力，其他机制需要充分解释他们目前的轨道特征。
2016-04-28 astro-ph.EP
Type II migration of planets on eccentric orbits
观测到的系外行星都具有大质量（平均M sin i为1.65 MJ）和大范围的轨道偏心率（0 < e < 0.94）。由于行星被认为是在星周盘中形成的，因此行星形成的一个重要问题是确定气体盘是否会影响偏心行星的轨道，以及影响的程度。最近的研究已经探索了盘与偏心轨道上的类地行星之间的相互作用，以及盘与近圆轨道上的气体巨星之间的相互作用，但对盘与偏心气体巨星之间的相互作用知之甚少。这种情况可能是由于在盘仍然存在时的散射，或者可能是通过引力不稳定性形成的行星形成。我们填补了这一空白的偏心，大规模（间隙形成）行星盘使用流体动力学代码FARGO模拟。虽然行星的长期轨道演化取决于盘的性质，包括所使用的边界条件，但当行星被释放到盘中时，盘总是起到阻尼偏心的作用。这种偏心阻尼发生在40年的时间尺度上，比迁移时间尺度快15倍。
2009-04-21 astro-ph.EP
A Flat Inner Disk Model as an Alternative to the Kepler Dichotomy in the Q1 to Q16 Planet Population
我们使用模拟的行星系来模拟开普勒恒星的行星多重性。以前的研究都没有充分产生单行星系统，并调用了所谓的开普勒二分法，其中开普勒恒星的行星形成能力是二分法，产生少数或许多过境行星。在本文中，我们表明，开普勒二分法是必要的，只有当内部的行星盘只是假设是耀斑。当行星盘的内部是平坦的，我们重现了开普勒恒星的行星多样性，而不需要调用二分法。我们发现，独立的磁盘模型假设，每颗恒星的行星的平均数量约为2的轨道周期在3和200天之间，行星半径在1和5地球半径之间。这与没有行星占据相同参数空间的太阳系形成对比。
2017-02-27 astro-ph.EP
Pileups and Migration Rates for Planets in Low Mass Disks
我们研究行星如何与粘性吸积盘相互作用，在磁盘是足够低的质量，行星迁移速度比磁盘材料的限制。在这种情况下，圆盘的表面密度分布是由圆盘在溢出行星轨道时处于粘性稳定状态（VSS）决定的。我们计算的VSS配置文件与二维流体动力学模拟，并显示磁盘材料堆积在行星后面，与行星有效地充当一个漏水的大坝。由于边界条件不正确，以前的2D流体动力学模拟错过了堆积效应，而以前的1D模型由于忽略了非局部沉积而大大高估了堆积。我们的模拟量化了各种行星质量和磁盘粘度的堆积幅度。我们还从理论上计算了中等深的差距堆积的幅度，显示出良好的协议与模拟。对于非常深的差距，目前的理论是不够的，我们展示了为什么和什么必须得到更好的理解。连环相撞之所以重要，有两个原因。首先，它可以在直接成像的原行星盘中观察到，因此可以用来诊断引起它的行星质量或盘内的粘性。其次，它决定了地球的迁移率。我们的模拟确定了新的Type-II迁移率（适用于低质量磁盘），并展示了它如何与经过充分验证的Type-I迁移率持续联系。
2020-02-01 astro-ph.EP
Effects of the Planetary Temperature on the Circumplanetary Disk and on the Gap
环行星盘调节巨行星的后期吸积，并作为卫星的诞生地。通过模拟了解它们的特性也有助于为它们的观测做准备。在这里，我们研究磁盘周围的1，3，5，10 $\mathrm{M_{Jup}}$行星的三维，全球辐射流体动力学模拟与亚行星峰值分辨率，和各种行星温度。我们发现，当第1颗$\mathrm{M_{Jup}}$行星辐射出其形成热时，行星外包络在$T_p = 6000$ K和4000 K之间转变为盘。在3-10个$\mathrm{M_{Jup}}$行星的情况下，总是形成一个圆盘。环行星盘的温度分布非常陡峭，内部1/6超过硅酸盐凝结温度，整个盘高于水的冰点，使得在这个早期阶段（$<$ 100万年）不可能形成卫星。我们对第1、3、5、10颗$\mathrm{M_{Jup}}$气体巨星的质量分别为$1, 7, 20, 40 \times 10^{-3}\mathrm{M_{Jup}}$，并给出了一个根据行星和拱星盘质量估算亚盘质量的经验公式。我们的发现是，行星越冷，子盘的温度越低，垂直流入速度越高，行星间隙既深又宽。我们还表明，在2D和3D的差距是不同的。子盘的偏心率随着行星质量的增加而增加，并与星周盘发生剧烈的相互作用，使得卫星形成的可能性降低，如果$\mathrm{M_p} \gtrsim 5 \mathrm{M_{Jup}}$。
2017-05-23 astro-ph.EP
Planet-driven spiral arms in protoplanetary disks: II. Implications
我们研究行星驱动的旋臂的各种特性是否可以用来约束看不见的行星的质量和它们在磁盘中的位置。通过进行二维流体动力学模拟不同的行星质量和磁盘的气体温度，我们发现，一个更大的螺旋臂形成较小的行星质量和较低的磁盘温度。一颗行星在其轨道内部会激发出两个或多个旋臂，而旋臂的温度范围是由盘的长宽比$0.04\leq(h/r)_p\leq0.15$来表征的，而在行星轨道外部，多个旋臂只能在具有$(h/r)_p \lesssim 0.06$的冷盘中形成。用螺旋臂的螺旋角约束行星质量需要精确的磁盘温度测量，即使使用ALMA也可能具有挑战性。然而，行星驱动的螺旋臂的螺距角在远离行星的地方减小的特性可以是一个强大的诊断，以确定行星是位于所观察到的螺旋的内部还是外部。臂对臂的距离随着行星质量的增加而增加，这与以前的研究一致;然而，确切的斜率取决于磁盘温度以及测量臂对臂距离的径向位置。我们将这些诊断应用于MWC 758和Elias 2 - 27中看到的旋臂。如Bae等人（2017）所示，行星驱动的螺旋臂可以产生同心环和间隙，在某些情况下，这可以产生比螺旋臂更主要的可观测特征。我们讨论了行星驱动的螺旋臂与环和间隙的可观测性。
2018-04-19 astro-ph.EP
Radial migration of gap-opening planets in protoplanetary disks. I. The case of a single planet
一颗在原行星盘中绕恒星运行的大行星，由于盘与行星的强烈相互作用，沿其轨道打开一个密度间隙，并随着盘中的间隙迁移。预计在理想情况下，一个间隙开放的行星以粘性漂移速度迁移，这被称为II型迁移。然而，最近的流体动力学模拟表明，在一般情况下，间隙开放的行星是不锁定的粘性盘的演变。需要一个新的物理模型来解释这样一颗行星的迁移速度。为此，我们通过在较宽的参数范围内进行二维流体动力学模拟，重新研究了行星在盘中的迁移。我们已经发现，施加在间隙打开行星上的扭矩取决于间隙底部的表面密度。行星迁移的速度随着间隙底部表面密度的降低而减慢。利用我们以前研究中建立的间隙模型，我们建立了一个间隙开放行星迁移速度的经验公式，这与我们和其他研究人员进行的流体动力学模拟结果一致。我们的模型很容易解释为什么间隙开放行星的迁移速度可以比粘性气体漂移速度更快。它还可以预测行星质量，在那里I型迁移不再是足够的，由于在磁盘中的差距发展，提供了一个基于行星迁移的差距形成标准。
2018-05-28 astro-ph.EP
Hiding in the Shadows: Searching for Planets in Pre--transitional and Transitional Disks
过渡期和过渡期前的椎间盘可以用许多机制来解释。这项工作的目的是找到一个单一的观测可检测的标记，这将意味着一个行星起源的差距，因此，间接表明存在一个年轻的行星。进行了N体模拟，以研究嵌入一个木星质量的行星对来自背景星子盘的瞬时碰撞尘埃的产生的影响。我们的新模型使我们能够预测灰尘分布和由此产生的可观察标记，其准确性比以前的工作更高。动力学的影响，从一个圆形轨道上的行星，以提高尘埃生产的磁盘内部和外部的行星轨道，同时删除星子从轨道本身创建一个明确界定的差距。在偏心行星的情况下，行星打开的间隙不像圆形情况那样明显，但在尘埃盘中存在可检测到的不对称性。
2013-09-26 astro-ph.EP
Disk Inhomogeneities and the Origins of Planetary System Architectures and Observational Properties
最近的高分辨率观测表明，原行星盘具有各种结构性质或不均匀性。这些是在圆盘中发生的许多物理和化学过程的混合物的结果。在这里，我们讨论我们的全面调查的结果，磁盘的不均匀性如何影响行星迁移。我们证明，磁盘的不均匀性引起行星陷阱-特定的网站在原行星盘的快速I型迁移停止。我们发现，多达三种类型的陷阱（热转换，冰线和死区）可以存在于一个单一的磁盘，它们移动不同的磁盘吸积率随时间的推移而下降。我们还表明，行星陷阱的位置强烈依赖于恒星质量和磁盘吸积率。这表明宿主星建立了它们的行星系的优先（初始）尺度。最后，我们讨论了可能的观测签名磁盘的不均匀性。
2013-08-16 astro-ph.EP
Boundary Layer Circumplanetary Accretion: How Fast Could an Unmagnetized Planet Spin Up Through Its Disk?
气体巨行星被认为是通过一个环绕行星的圆盘来吸积它们的大部分质量。如果这颗行星没有被磁化，并且开始缓慢旋转，它将通过一个径向狭窄的边界层吸积气体，并迅速旋转起来。当行星旋转时，边界层的径向加宽减少了吸积气体的特定角动量，使行星能够找到一个低于分裂速率的终端旋转速率。在这里，我们使用轴对称粘性流体动力学模拟来量化的终端旋转速率的行星吸积从他们的环行星盘。对于一个等温的行星-盘系统，其盘尺度高度$h/r =0.1$接近行星表面，在行星分裂角速度的70%和80%之间，自旋向上切换到自旋向下。在一个定性的差异，从垂直平均模型-自旋下降可以与质量吸积共存-我们观察到\emph{decretion}伴随的解决方案，角动量正在丢失。临界旋转速率取决于行星附近的盘厚度。对于行星附近圆盘尺度高度为$h/r = 0.15$的等温系统，临界自旋速率下降到行星分裂角速度的60%到70%之间。在边界层外的圆盘中，我们识别出非定常且瞬时不对称的跨中平面的回旋环流。模拟的流动足够强大，可以在早期卫星编队中垂直重新分配固体物质。我们讨论了如何太阳系外行星的旋转测量，结合光谱和变化的原行星与环行星盘的研究，可以确定在设置巨行星自旋的磁性和非磁性过程中的作用。
2020-12-11 astro-ph.EP
Extended Transiting Disks and Rings Around Planets and Brown Dwarfs: Theoretical Constraints
新形成的行星（或棕矮星）可能拥有盘或环，占据行星希尔球的相当一部分，并延伸到拉普拉斯半径之外，在那里来自主恒星的潮汐扭矩超过来自扁圆行星的扭矩。这样的圆盘/环可以表现出独特的、可检测的凌日信号，只要圆盘/环与行星的轨道平面明显不对准。有初步证据表明，年轻的K5恒星1 SWASP J140747-354542周围有一个扩展的环系统。我们提出了一个一般的理论研究的倾斜（翘曲）的轮廓下，从中央恒星的潮汐扭矩，从扁圆行星的扭矩和磁盘的自引力的综合影响的环行磁盘。我们计算了稳定状态的翘曲轮廓（“广义拉普拉斯曲面”），并研究了磁盘的相干进动的条件。我们发现，要保持不可忽略的扩展外盘和行星的轨道平面之间的错位，并确保连贯的磁盘进动，磁盘的表面密度必须足够大，使自重力扭矩克服来自中央恒星的潮汐扭矩。我们的分析和定量结果可以用来限制过境环行星盘的参数，可能会被发现在未来。
2016-10-11 astro-ph.EP
Observational Signatures of Planets in Protoplanetary Disks I: Gaps Opened by Single and Multiple Young Planets in Disks
有人认为，最近在过渡盘中发现的间隙和空腔是由行星打开的。为了探索这种情况下，我们结合二维两种流体（气体+粒子）的流体动力学计算与三维蒙特卡罗辐射转移模拟，并研究一个或几个行星打开的间隙的观测签名，与观测进行定性比较。我们发现，一个小到0.2 MJ的行星可以在毫米（mm）波长处产生很深的间隙，在近红外（NIR）波长处几乎没有特征，而多个行星可以在两个波长处打开几个 *10 AU宽的共同间隙。间隙的对比度和间隙尺寸的波长依赖性与数据大致一致。我们还证实了以前的结果，近红外间隙的大小可能小于毫米间隙的大小，由于粉尘-气体耦合和辐射转移的影响。当以中等倾角观察时，由于阴影的存在，一个物理上圆形的中心缺口可能会出现偏离恒星的中心。行星引起的旋臂在近红外波段比在毫米波段更明显。总的来说，我们的研究结果表明，行星开口间隙的情况下是一个很有前途的方式来解释过渡盘的起源。最后，受最近ALMA发布的HL Tau盘图像的启发，我们发现多个狭窄的间隙，被明亮的环很好地分隔开，可以在相对大质量的盘中形成后不久被0.2 MJ行星打开。
2015-07-03 astro-ph.EP
A debris disk under the influence of a wide planetary mass companion: The system of HD106906
HD 106906是一颗1300万年前的恒星，其轨道上有一个至少0.067 M_Moon的碎片盘，其内外半径分别为20 AU和120 AU，以及一颗距离650 AU的行星。我们使用这种紧密的低质量盘和宽行星的奇怪组合来激励我们对这个系统的模拟。我们研究了初始条件的参数空间，以量化碎片盘的质量损失及其在行星影响下的寿命。我们发现，当行星的轨道接近恒星比约50 AU和低倾角相对于磁盘（小于约10度），更多的磁盘材料被扰动外比内的时间尺度短于1万年的观测约束的区域。考虑到系统的年龄，如此短的圆盘寿命与行星-行星散射的时间尺度不相容，这是解释行星广泛分离的假设之一。对于某些配置，当行星的轨道相对于磁盘倾斜时，后者将开始摆动。我们认为，这种摆动是由一种类似于Kozai-Lidov振荡的机制。我们还观察到各种共振结构（如环和螺旋臂）诱导的磁盘的行星。
2015-04-22 astro-ph.EP
