Who Pulled the Trigger: a Supernova or an AGB Star?
短寿命的放射性同位素$^{60}$ Fe需要在核心坍缩超新星或AGB恒星中产生，然后才能被纳入最早的太阳系固体。来自遥远超新星或相对较近的AGB星的冲击波，具有适当的速度，可以同时触发致密分子云核心的坍缩，并将冲击波物质注入生成的原恒星。一组新的FLASH2.5自适应网格加密流体动力学模型表明，注入效率敏感地依赖于假设的激波厚度和密度。超新星的冲击波似乎足够薄，足以注入足够的冲击波物质，以匹配原始陨石的短寿命放射性同位素丰度。然而，来自AGB恒星的行星状星云冲击波似乎太厚，无法达到所需的注入效率。这些模型意味着一颗超新星扣动了导致我们太阳系形成的扳机。
2010-05-21 astro-ph.EP
Toroidal vortices as a solution to the dust migration problem
在之前的一封信中，我们报道了尘埃在原行星盘中的沉降可能导致动力学尘埃气体不稳定性，从而产生全球环形涡旋。在这封信中，我们调查的尘埃原行星盘的两种不同的尘埃物种（1毫米和50厘米的尘埃颗粒），在不稳定性的存在下的演变。我们展示了如何环形涡，触发毫米颗粒与气体的相互作用，停止米级尘埃的径向迁移，可能提供一个自然和有效的解决方案的尘埃迁移问题。
2015-12-18 astro-ph.EP
Substructures in protoplanetary disks imprinted by compact planetary systems
在原行星盘中观察到的子结构可能是嵌入行星雕刻间隙或创造漩涡的路标。这些行星的推断质量通常落在木星的范围内，尽管与低质量行星相比，它们的丰度较低，部分原因是以前的工作通常假设单个子结构（间隙或漩涡）是由单个行星引起的。在这项工作中，我们研究了由海王星类行星（$\sim10-30\;M_\oplus$）组成的紧凑系统的可能印记，并表明当它们的行星际分离（$Δa$）低于$\sim8$乘以$H_{\rm p}$ -行星位置的平均磁盘尺度高度时，长期存在的漩涡是一个普遍的结果。在单个行星无法产生长寿命涡旋的模拟中，两个行星系统可以在两种情况下至少在$5,000$轨道上保留它们：i）对于最紧凑的行星对，在稳定的拉格朗日点$L_4$和$L_5$周围具有细长涡旋的完全共享密度间隙（$Δa \lesssim 4.6\; H_{\rm p}$）; ii）部分共享的差距更广泛的行星（$Δa \sim 4.6 - 8\;H_{\rm p}$）形成的涡旋密度环之间的行星通过罗斯贝波不稳定性。后一种情况可以产生宽高比范围小到$\sim3$的涡旋，并且可以发生在行星盘宽高比为$h\gtrsim 0.033$（$h\gtrsim 0.057$）的行星被捕获到3：2（2：1）的平均运动共振中。我们认为它们的长寿命是由邻近行星发射的螺旋密度波的相互作用维持的。总的来说，我们的研究结果表明，具有海王星质量行星的紧凑系统…
2022-04-19 astro-ph.EP
Vortex Formation and Evolution in Planet Harboring Disks under Thermal Relaxation
我们研究了行星诱导涡的径向分层磁盘的演变，初始条件允许径向浮力。为此，我们运行全球二维流体动力学模拟，使用PLUTO代码。行星诱导涡旋是在行星间隙边缘触发的Rossby波不稳定性（RWI）的产物。在这项工作中，我们评估的径向浮力的发展的旋涡的影响。我们发现，径向浮力导致更平滑的行星间隙，从而产生更弱的漩涡。对于局部等温和准等温（非常小的冷却速率）盘，这种效应不太明显。我们观察到两代涡旋的形成。第一代涡旋形成于行星间隙的外壁。合并后的主涡旋引起吸积，耗尽其轨道上的质量。这一过程在主涡位置之外产生表面密度增强。第二代涡出现在这个表面密度增强，表明在这个区域的凸起是足以触发RWI。合并的二次涡是一个有希望的解释的位置的涡在Oph IRS48系统。最后，我们观察到的涡旋寿命的热弛豫时间尺度的函数的非单调行为，同意与以前的研究。二次涡的诞生时间也表现出非单调的特性，这与一次涡的生长时间及其诱导吸积有关。
2015-09-08 astro-ph.EP
Survival of planet-induced vortices in 2D disks
背景：对原行星盘的几次观测显示出非轴对称的特征，通常被解释为涡旋。数值模拟一再表明，间隙开放的行星能够在其外部间隙边缘产生大而持久的漩涡，使大质量行星成为这些特征的热门候选者。目的：我们探索的热弛豫时间尺度的函数，湍流的水平，和磁盘自重的影响所产生的旋涡的寿命。研究方法：我们进行二维数值模拟使用流体动力学代码PLUTO和FARGO，扫描通过几个物理和数值参数。涡流特性是从数千个模拟快照中自动提取的。结果如下：我们发现，在外部间隙边缘产生的漩涡可以生存约100-3000行星轨道，最短的寿命发生在适度有效的耗散和冷却。然而，我们也观察到一个不同的制度，持久的旋涡的寿命至少为15 000轨道非常低的粘度和非常短的热弛豫时间尺度。圆盘的自引力大大缩短了规则涡旋的寿命，但仍然允许长寿命的涡旋存活下来。结论：我们的研究结果表明，冷却时间尺度在涡旋的形成和寿命中起着重要的作用，并且对于典型的热弛豫时间尺度和低湍流水平，行星产生的涡旋应该在距离恒星很远的地方可以观察到。
2021-10-01 astro-ph.EP
A chaotic long-lived vortex at Venus southern pole
本研究利用金星快车VIRTIS数据发现金星南极涡旋是永久但混沌的结构，两层旋转中心不重合且无规则游荡，涡旋跨至少20公里高度，填补了其长期特征研究的空白。
2024-01-30 astro-ph.EP
Impact of Local Pressure Enhancements on Dust Concentration inTurbulent Protoplanetary Discs
本文研究了由垂直剪切不稳定性引起的原行星盘（PPD）中局部压力增强（压力隆起）附近尘埃和气体的演化。我们进行全球二维轴对称和三维模拟的灰尘和气体的Z值（灰尘与气体（d/g）的表面质量密度或金属丰度的比率），粒子斯托克斯数τ，和压力冲击幅度A的范围。包括粉尘反馈到气体上。我们第一次在全球3D模拟中展示了由VSI引起的长寿命漩涡中的灰尘收集。在没有压力冲击的情况下，当Z = 0.01，τ = 0.01时，我们发现在圆盘中平面上，这种涡的d/g密度比略低于1，而当Z> 0.05时，长寿命涡基本上不存在。在存在压力冲击的情况下，对于Z~0.01和τ~0.01，尘埃涡旋形成，达到几倍于单位的d/g比，使得SI有望在其最终剪切成湍流尘埃环之前发展。对于Z~0.03，这发生在τ~0.005，具有较弱，更短暂的涡旋，而对于较大的τ，仅形成湍流尘埃环。当Z> 0.03时，我们发现尘埃环随着τ的增加而变得越来越轴对称，当τ> 0.005时，d/g比达到~1。此外，对于Z> 0.03，盘的垂直质量流轮廓受到灰尘的强烈影响，使得气体在中平面附近向内输送并且在更大的高度处向外输送，即，与具有零或少量灰尘的模拟相比相反的情况。随着Z = 0 - 0.05的增加，粘性$α$值适度下降，为0.001 - 0.0001。我们的研究结果表明，VSI可以发挥积极的作用，在星子的形成，通过形成涡的合理值Z和τ。它也可以提…
2021-12-12 astro-ph.EP
Jovian Vortex Hunter: a citizen science project to study Jupiter's vortices
本研究利用JunoCam数据和Zooniverse公众科学项目，构建了2018至2021年的木星涡旋目录，分析了涡旋的大小、位置和颜色属性，并推导出木星大气中最小Rossby变形长度约为1800公里且基本恒定。
2024-08-08 astro-ph.EP
Dust-trapping vortices and a potentially planet-triggered spiral wake in the pre-transitional disk of V1247 Orionis
径向漂移问题构成了行星形成理论中最基本的问题之一，因为它预测粒子在能够成长到微行星大小之前会漂移到恒星中。尘埃捕获涡旋被认为是解决这个问题的一种可能的方法，因为它们可能能够捕获数百万年的粒子，使它们能够超越径向漂移障碍。在这里，我们呈现了V1247 Orionis过渡前盘的ALMA 0.04”分辨率成像，显示了一个不对称的环以及一个尖锐的新月形结构，类似于涡旋形成的理论模型中看到的形态。不对称环（距离恒星0.17”=54天文单位）和新月（距离0.38”=120天文单位）似乎通过一个单臂螺旋臂结构平滑地连接在一起，这是以前在散射光中发现的。我们提出了一个物理场景与行星的轨道在$\sim0.3$“$\approx$ 100 au，其中的单臂旋臂检测偏振光跟踪吸积流喂养的原行星。行星的动力学影响清除了环和新月之间的间隙，并触发了两个捕获mm大小颗粒的漩涡，即新月和环中看到的明亮不对称。我们对一个嵌入行星的圆盘进行了专门的流体动力学模拟，这导致了与我们散射光图像中看到的类似的螺旋臂形态。在螺旋尾流和新月形的位置上，我们还观察到$^{12}$ CO（3-2）和H $^{12}$ CO $^{+}$（4-3）的过量线发射，这可能是在这些盘区中标度高度增加的痕迹。
2017-10-13 astro-ph.EP astro-ph.SR
On the Stability of Elliptical Vortices in Accretion Discs
在吸积盘中是否存在大尺度和长寿命的二维涡旋已经争论了十多年。它们自发地出现在几个2D圆盘模拟中，并且已知它们通过尘埃捕获过程加速微行星的形成。然而，这些结构的稳定性的问题，施加三维干扰仍然没有完全理解，它投下了怀疑他们的长期生存。目的：我们提出了新的结果的三维稳定性的椭圆涡嵌入吸积盘，基于线性分析和几个非线性模拟。研究方法：我们推导出的线性方程的三维扰动的核心的椭圆形涡，我们表明，它们可以减少到一个Floquet问题。我们解决这个问题的数值在天体物理制度，我们提出了几个分析的限制，负责不稳定的机制可以解释。最后，我们比较的线性分析的结果，一些高分辨率的模拟。结果：我们发现，大多数反气旋涡是不稳定的，由于周转时间和当地周转振荡周期之间的共振。此外，我们表明，一个强大的垂直分层不创建任何额外的稳定域的纵横比，但它显着降低增长率相对较弱（因此拉长）的漩涡。结论：无论水平或垂直长宽比如何，椭圆涡总是不稳定的。然而，这种不稳定性可能很弱，并且通常在小尺度上发现，这使得它很难在低阶有限差分模拟中检测到。
2009-03-10 astro-ph.EP
Saturn atmospheric dynamics one year after Cassini: Long-lived features and time variations in the drift of the Hexagon
我们通过地面望远镜和哈勃太空望远镜（HST）的观测来研究土星的大气层。我们对2018年获得的观测结果进行了详细分析。一个极地风暴系统于2018年3月出现在地球上，并至少在9月9日之前保持活跃，具有复杂的现象学在别处进行了分析（Sanchez-Lavega等人，In press，2019）. 2018年的许多云特征都是长期存在的，可以在2017年的图像中识别出来，在某些情况下，使用卡西尼国际空间站的图像可以识别长达十年。在不考虑极地风暴的情况下，最有趣的长寿命云系是：i）自2014年以来可以连续跟踪的EZ亮点，2014年的纬向速度为444 m/s，2018年为452 m/s。这一速度不同于卡西尼号任务期间在其纬度的云层水平上的纬向风，更接近旅行者号飞越时获得的纬向风和卡西尼号VIMS低层大气红外图像中的纬向风。ii）2010-2011年GWS之后形成的一个大型反气旋涡旋，这里是AV。在过去的几年里，这个涡旋在视觉对比度、漂移率和纬度上都发生了显着变化，大小也发生了微小的变化。iii）至少自2011年以来存在的副极地涡旋系统。这些漩涡遵循漂移率与卡西尼号获得的纬向风一致。我们还将2015年至2018年北极六边形的顶点位置与卡西尼号（2007-2014年）期间的先前分析，HST观测以及1980-1981年的旅行者数据进行了比较，以探索长期六边形的漂移率。漂移率的变化不能用季节变化来拟合。…
2019-09-30 astro-ph.EP
Gas dynamics around dust asymmetries in turbulent disks
University of Copenhagen（哥本哈根大学）；Flatiron Institute（平顿研究所）；Max Planck Institut für Astronomie（马克斯·普朗克天文学研究所）
研究湍流盘中由垂直剪切不稳定性驱动的自维持涡旋对尘埃捕获的影响，发现涡旋能捕获尘埃并增强径向和方位向运动，但未在合成图像中观测到螺旋特征。
2026-03-25 astro-ph.EP
Vortices in stratified protoplanetary disks : From baroclinic instability to vortex layers
大尺度涡旋在原行星盘的演化过程中起着关键作用，特别是在没有与磁场相关的湍流的死区中。由于盘的垂直结构和椭圆不稳定性，它们可能由亚临界斜压不稳定性形成是一个复杂的问题。{In二维圆盘的斜压不稳定性作为一个功能的热传输效率进行了研究。在三维圆盘中，我们探讨了径向和垂直分层对涡旋形成和放大过程的重要性。使用基于二阶有限体积法的完全可压缩流体动力学代码进行数值模拟。我们假设无粘圆盘模型中的理想气体定律，其中热传递是由于弛豫或扩散。{In在二维情况下，斜压不稳定与热松弛导致大尺度涡的形成，这是不稳定的椭圆不稳定。在存在热扩散的情况下，形成中空涡旋，其演变成具有湍流核心的涡旋结构。在3D中，磁盘分层被发现是不稳定的，在一个有限的层，其中可以包括或不包括中平面。当不稳定层包含中面时，三维斜压不稳定与二维一样首先在不稳定层中发展，产生大尺度涡。这些涡旋在稳定层中被拉伸，形成了长寿命的柱状涡旋结构，延伸到圆盘的高度。它们也被发现是沿斜压临界层表面在整个盘上发展的内涡层的来源，并在盘的上部区域形成新的涡。{In三维磁盘，涡可以生存很长一段时间，如果生产的涡...
2016-06-19 astro-ph.EP
Vortex formation in protoplanetary discs induced by the vertical shear instability
我们提出了理想化的原行星盘的二维和三维流体动力学模拟的结果，检查涡的形成和演变的垂直剪切不稳定性（VSI）。在最近的工作，我们发现，光盘径向下降的温度分布和短的热弛豫时间尺度，受到轴对称VSI。在三维空间中，由此产生的速度扰动引起准轴对称位涡扰动，这种扰动以一种让人想起Rossby波不稳定性的方式分裂成离散涡。具有非常短的热演化时间尺度（即τ<0.1的局部轨道周期）的盘发展出强烈的涡度扰动，这些涡度扰动卷起成具有小纵横比（χ<2）和短寿命（~几个轨道）的涡。更长的热时间尺度产生具有更大纵横比（6<x <10）的涡旋，以及取决于熵梯度的寿命。急剧下降的熵分布导致涡旋寿命超过数百个轨道周期的模拟运行时间。涡的寿命在光盘与积极或弱减熵剖面短得多，是10秒的轨道在最多，这表明亚临界斜压不稳定性起着重要的作用，在维持涡对破坏通过椭圆形不稳定。应用到原行星盘的外部区域，其中VSI是最有可能发生的，我们的研究结果表明，涡形成的VSI可能是短暂的结构。
2016-01-08 astro-ph.EP
On the evolution of vortex in locally isothermal self-gravitating discs: a parameter study
年轻恒星周围富含气体的尘埃盘被认为是行星和行星系的诞生地。最近的观测显示，大规模的马蹄形亮度不对称存在于几十个过渡的原行星盘。理论研究表明，这些亮度的不对称性BF可能是由大规模的反气旋涡触发的罗斯比波不稳定性（RWI），这可以激发在吸积不活跃的区域，死区边缘的边缘。由于涡旋可能在行星形成中起着关键作用，因此研究RWI的爆发条件和涡旋的长期演化是不可避免的。我们的工作的目的是探索盘的几何形状（盘的垂直厚度），粘度，在死区边缘的过渡区的宽度，和盘的质量上的发病，寿命，强度和在盘中形成的旋涡的演变的效果。我们进行了参数研究，假设不同的属性为光盘和粘度过渡运行1980年的二维流体动力学模拟在本地等温假设与光盘自重。我们的研究结果表明，长寿命，大规模的旋涡形成有利于浅的表面密度斜率和低或中等的光盘群众与Toomre $Q \lesssim 1/h$，其中$h$是光盘的几何纵横比。一般而言，在低粘度模型中，形成更强的涡流。然而，快速的涡流衰减和重新形成在这些圆盘中更为普遍。
2021-11-17 astro-ph.EP
Vortices and spirals in the HD135344B transition disk
近年来，在散射光观测中发现了螺旋结构，在原行星盘的毫米图像中也发现了漩涡的迹象，两者都可能与行星的存在有关。我们目前ALMA波段7（335 GHz或0.89 mm）的过渡盘HD135344B在前所未有的空间分辨率为0.16”的连续观测，使用超均匀加权。数据表明，在以前的工作中看到的不对称毫米尘环实际上是由一个内环和一个外部不对称结构组成的。外部特征与散射光中看到的其中一个螺旋臂的末端是共空间的，但由于其共辐射性，该特征本身与旋臂不一致。我们提出了一个新的可能的情况来解释在这两个波长观察到的结构。流体动力学模拟表明，一颗大质量行星可以产生一个初级涡旋（在较长的时间尺度上消散，成为一个轴对称环），并引发进一步形成第二代涡旋。在这种情况下，在散射光下观察到的两个螺旋臂来自一颗约30 AU的行星和一颗约75 AU的次级涡旋，而不是像以前报道的那样来自一颗更远的行星。
2016-07-19 astro-ph.EP
Interpreting Brightness Asymmetries in Transition Disks: Vortex at Dead Zone or Planet Carved Gap Edges?
最近的亚毫米观测表明，超过12个过渡盘的非轴对称亮度分布与马蹄形形态。对于观测到的不对称性，最被接受的解释是尘埃在大尺度涡旋中的积累。原行星盘涡旋可以通过在陡峭压力梯度附近的罗斯贝波不稳定性的激发而形成，它可以在巨大行星雕刻间隙的边缘或吸积不活跃区的边缘发展。我们研究了形成在这两个不同的情况下，通过二维局部等温流体动力学模拟旋涡的形成和演化。我们发现在行星间隙边缘形成的旋涡是短暂的，除非圆盘几乎是无粘性的。相比之下，在死区的外缘形成的涡流是长期存在的。在两种情况下，涡流形态可能会有显著差异：与间隙模型相比，死区边缘的涡流径向和方位延伸分别约为1.5倍和3.5倍。在某些特殊情况下，涡的纵横比在两种情况下可以是相似的，但是，涡的方位角延伸可以用来区分涡的形成机制。我们用ALMA计算了亚毫米波连续谱中涡旋可观测性的预测。我们发现，方位角和径向的亮度不对称程度与涡旋的形成过程中，α粘度处方的限制。
2017-12-05 astro-ph.EP astro-ph.SR
Vortices as nurseries for planetesimal formation in protoplanetary discs
湍流、二维、流体动力学流动的特征是出现相干的、长寿命的旋涡，而不需要调用特殊的初始条件。涡流具有隔离颗粒的能力，其典型半径为约1 mm至10 cm，与气体略微分离。具有表面密度和有效温度分布的圆盘的一般特征是，对于固定的颗粒尺寸，存在四个涡流区，所述表面密度和有效温度分布是径向距离的幂律函数。特别地，两个区域在中间径向距离处形成环形，小颗粒驻留在该环形内。颗粒捕获的旋涡发生在一个动态的时间尺度附近，并在这个环的边界。随着椎间盘老化和颗粒通过凝固生长，环的尺寸缩小。较旧的圆盘更喜欢捕获较小的颗粒，因为气体表面密度随时间而降低，我们称之为“涡流老化”。更粘稠、更不透明的灰尘和/或质量更小的盘可以具有更快老化的涡流，并且在盘的整个寿命期间捕获更宽范围的颗粒尺寸。因此，圆盘如何有效地将其质量保持在固体中取决于凝结和涡旋老化之间的相对时间尺度。如果涡旋在原行星盘中形成，那么它们对于具有典型质量的圆盘以及可能从原恒星星云中凝结出来的粒子来说很重要。粒子捕获也发生在与行星形成相关的距离上。未来对颗粒不透明度随径向距离变化的红外、亚毫米和厘米观测将检验涡旋作为原行星盘中颗粒生长的苗圃的假设。
2010-07-17 astro-ph.EP astro-ph.GA
Deep model simulation of polar vortices in gas giant atmospheres
卡西尼号和朱诺号探测器在土星和木星的极地地区发现了大型连贯的气旋漩涡，这与低纬度地区看到的东西带状喷流结构形成了鲜明的对比。争论的焦点是喷流是浅的，还是延伸到行星包络线的更深处。最近的实验和观测表明，深对流模式的相关性，以成功地解释喷流结构和气旋相干涡远离极地地区最近已经模拟，包括一个额外的分层浅层。在这里，我们提出了新的对流模型能够产生长寿命的极涡。使用模拟参数相关的巨大的行星大气，我们发现流动制度，是在与地转湍流（GT）理论在旋转对流形成大规模的相干结构，通过一个高档的能量转移完全三维的。我们的模拟生成的极地特征在质量上与朱诺号和卡西尼号所看到的相似：它们与木星上看到的气旋涡旋结构相匹配;或者可以解释存在一个向下延伸到低纬度的强烈极地涡旋，具有显着的螺旋形态和土星上看到的六边形图案。我们的研究结果表明，这些漩涡可以在行星内部深处产生。区分这两个极流制度的过渡描述，解释在不同的力平衡方面，并与以前的浅大气模型，其特点是极涡动力学在巨行星。此外，热传输性能的调查确认最近的标度律的背景下，减少模型的GT。
2020-09-23 astro-ph.EP physics.ao-ph physics.flu-dyn
How do tidal waves interact with convective vortices in rapidly-rotating planets and stars?
本研究针对快速旋转天体中潮汐惯性波与大尺度对流涡旋相互作用的建模难题，采用准地转半解析模型结合线性分析与模拟，揭示了不稳定区湍流耗散机制与稳定区动量混合、次级波发射规律，完善了潮汐演化理论。
2023-03-08 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.flu-dyn
