Interpretation of the resonant drag instability of dust settling in protoplanetary disc
最近发现的尘埃沉降在原行星盘中的共振阻力不稳定性被认为是亚音速气尘混合物扰动的模式耦合。这种模式耦合是具有几乎相等的相速度的两种模式的合并:第一种模式是具有正能量的惯性波,而第二种模式是具有负能量的沉降尘波(SDW),如在垂直流体静力平衡中静止的气体环境的框架中测量的。SDW是由尘埃的大量沉降产生的一个平凡模式,它传输尘埃密度的扰动。SDW的相速度等于整体沉降速度乘以由波矢量和旋转轴形成的角度的余弦。这样,大量的尘埃沉降使得SDW与惯性波的耦合和不稳定性的开始成为可能。根据模式耦合的概念,不稳定性增长率与色散方程耦合项的平方根成正比,耦合项本身包含气尘混合物中粉尘的小质量分数、模式的径向波数平方和体积沉降速度平方。因此,较大的是大的沉降速度,更重的粉尘团块可以聚集的不稳定性相同的速率。
2019-03-29 astro-ph.EP physics.flu-dyn
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
Transport of CO in Protoplanetary Disks: Consequences of Pebble Formation, Settling, and Radial Drift
目前的(外)行星形成模型往往依赖于大量所谓的“卵石”从外盘流入行星形成区域。在本文中,我们调查如何形成的卵石在寒冷的外部地区的原行星盘和随后的迁移到内部磁盘可以改变气相CO分布内部和外部的中平面CO雪线。通过模拟由此产生的CO丰度在中面以及温暖的表面层,我们确定了可观察到的签名的大规模卵石的形成和迁移,可以用作“吸烟枪”这些重要的过程。具体地说,我们发现,在$1\mathrm{~Myr}$之后,冰卵石的形成和沉降导致在温暖的空气中去除高达$80\%$的CO蒸气。($T>22\mathrm{~K}$)磁盘层以外的CO雪线,而径向迁移的卵石的结果在一个羽状的CO蒸汽内部雪线的产生,根据湍流的强度和单个卵石的尺寸,将CO丰度增加因子${\sim}2{-}6$。在年轻的附近磁盘的CO蒸汽羽流的情况下,可能表明有效的转换CO到一个更难熔的物种,或减少径向质量通量的卵石,例如,磁盘的不均匀性或早期的星子形成。
2018-08-06 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
Diverse dust vertical height and settling strength conditions in protoplanetary discs
Mullard Space Science Laboratory, University College London(穆拉德太空科学实验室,伦敦大学学院);Purple Mountain Observatory, Chinese Academy of Sciences(中国科学院紫金山天文台);School of Astronomy and Space Science, University of Science and Technology of China(中国科学技术大学天文与空间科学学院);Univ. Grenoble Alpes, CNRS, IPAG(格勒诺布尔阿尔卑斯大学,法国国家科学研究中心,IPAG);School of Physical Science and Technology, Southwest Jiaotong University(西南交通大学物理科学与技术学院);School of Natural Sciences, Center for Astronomy, University of Galway(戈尔韦大学自然科学与天文学中心);Max-Planck Institute for Astronomy (MPIA)(马克斯·普朗克天文学研究所)
研究通过ALMA观测分析原行星盘中尘埃垂直高度和沉降强度,发现不同盘中尘埃层厚度存在显著差异,指出尘埃光学厚度对模型存在退化影响,需更复杂模型以解释尘埃分布。
2026-05-07 astro-ph.EP
A self-consistent model for dust settling and the vertical shear instability in protoplanetary disks
本文提出一个半解析模型自洽地确定原行星盘中垂直尘埃分布与VSI驱动湍流强度,发现小颗粒存在稳定平衡分布,而大颗粒会导致失控沉降,解释了高度沉降的尘埃环。
2024-04-24 astro-ph.EP astro-ph.SR
The Anatomy of an Unusual Edge-on Protoplanetary Disk I. Dust Settling in a Cold Disk
作为行星形成的最早阶段,质量大、光学厚度大、富含气体的原行星盘为恒星和行星形成的物理学研究提供了关键的见解。从侧面观察时,高分辨率图像提供了一个独特的机会来研究这些磁盘的径向和垂直结构,并将其与垂直沉降、径向漂移、晶粒生长和中平面温度变化联系起来。在这项工作中,我们提出了多历元的HST和凯克散射光图像,和ALMA 1.3毫米连续图的显着平坦的边缘上的原行星盘SSTC 2DJ 163131.2 -242627,年轻的太阳型恒星在$ρ$蛇夫座。我们在单独的MCMC运行模型的0.8 $μ$米和1.3毫米的图像,以调查的几何形状和尘埃属性的磁盘使用MCFOST辐射转移代码。在散射光中,我们对盘表面层中较小的尘埃颗粒很敏感,而亚毫米尘埃连续观测探测更接近盘中平面的较大颗粒。MCMC运行使用基于协方差的对数似然估计结合两个数据集是勉强成功的,这意味着我们的磁盘模型的复杂性不足。该盘的特点是一个喇叭形的盘模型,其外边缘呈指数锥形,几乎从边缘上看,尽管需要一定程度的灰尘沉降来重现垂直薄的轮廓和缺乏明显的喇叭形。一个比预期的更冷的磁盘中平面,尘埃沉降的证据,和残余的径向子结构都指向一个更复杂的径向密度分布,以探索未来,更高分辨率的观测。
2021-03-03 astro-ph.EP astro-ph.SR
Physical models of streaming instabilities in protoplanetary disks
我们开发了简单的,物理上有动机的模型,阻力引起的尘埃气体流动的不稳定性,这被认为是至关重要的团聚颗粒形成星子在原行星盘。该模型解释,基于物理学的气体行星运动和尘埃-气体阻力,最重要的功能的流不稳定性和它的简单概括,磁盘沉降不稳定性。我们的模型所解释的一些关键属性包括突然变化的流动不稳定性的增长率时,灰尘与气体质量比超过一个,流动不稳定性的缓慢增长率相比,较小的颗粒的沉降不稳定性,和主要的物理过程的增长最不稳定的模式在不同的制度。以及提供有用的简化图片,了解一个有趣的和基本的天体物理流体不稳定性的操作,我们的模型可能会被证明是有用的分析模拟和发展的非线性理论的行星生长盘。
2020-08-02 astro-ph.EP
Effects of scattering, temperature gradients, and settling on the derived dust properties of observed protoplanetary disks
已知原行星盘的毫米尘埃热辐射受散射的影响,使得对于光学厚盘,辐射相对于纯吸收情况减少,并且光谱指数可以达到低于2的值。后者也可以通过温度梯度来获得。使用简单的分析模型的辐射传输在薄板,我们量化的散射,垂直温度梯度,尘埃沉降的影响的几何薄面吸积盘周围的年轻恒星的发射和光谱指数。我们发现,在具有大半径($ω_ν \gtrsim 0.6$)的垂直等温盘中,出射强度可以在$10^{-2}$和$10^{-1}$之间的光学深度处增加。我们发现,尘埃沉降有重要的影响,在光学厚制度的光谱指数,因为磁盘的排放主要是在磁盘的上层跟踪小尘埃颗粒。当尘埃表面密度大于$\sim$ 3.21 g cm $^{-2}$时,这些小颗粒的$λ= 870 \ μ$ m发射可以掩盖盘中面的大颗粒。最后,由于光谱能量分布的形状的变化,1.3 mm处的光学厚盘和尺寸在300 $μ$ m $< a_{\rm max} <$ 1 mm之间的晶粒具有7 mm的通量$\sim 60$,该通量比忽略散射时假设的从更高毫米频率的外推高。这种效应可以解释在几个磁盘中报告的$λ= 7$ mm处的过量发射。
2020-03-06 astro-ph.EP astro-ph.SR
Dust Growth and Dynamics in Protoplanetary Nebulae: Implications for Opacity, Thermal Profile and Gravitational Instability
尽管尘埃对原行星盘总质量的贡献很小,但它通过控制星光的吸收来影响盘的温度。当颗粒从它们最初的ISM般的尺寸分布长大时,沉降会耗尽盘的上层灰尘,减少光学深度,冷却内部。在这里,我们调查的碰撞尘埃颗粒的生长和动力学的磁盘上的热和光学轮廓的效果,并探讨由晶粒生长和沉降引起的冷却可能导致引力不稳定性。我们开发了一个Monte Carlo尘埃碰撞模型与加权技术,并允许粒子的碰撞演变,通过坚持和破碎,以及垂直沉降和湍流混合。我们探索两个磁盘模型,MMEN(最小质量太阳系外星云),和一个“重”盘具有较高的表面密度比MMEN,并进行模拟恒定和空间可变的湍流效率剖面$α(R,z)$。然后,我们计算平均波长相关的不透明度的发展磁盘和执行辐射转移计算的温度分布$T(R,z)$。最后,我们计算的Toomre Q参数,磁盘的稳定性对自重的措施,为每个磁盘模型后,它达到了稳定状态的尘埃粒度分布。我们发现,即使是微弱的湍流可以保持亚微米大小的颗粒在磁盘的上层搅拌,影响其光学和热剖面,和大颗粒的增长在中平面可以使一个巨大的磁盘在毫米波长的光学厚度,使其难以计算的表面密度的尘埃可用于行星形成在内部磁盘。此外,对于一个最初的大规模磁盘,颗粒沉降和增长可以产生一个Toomre Q参数的下降,驱动磁盘$Q < 1.4$,并可能触发螺旋不稳定性。
2018-08-09 astro-ph.EP
Dust settling and rings in the outer regions of protoplanetary discs subject to ambipolar diffusion
MHD湍流在原行星盘的尘埃动力学中起着至关重要的作用。它影响行星形成、垂直沉降,并且是最近由ALMA和SPHERE成像的大尺度轴对称结构(如环)的可能来源之一。在各种各样的MHD过程中,磁旋转不稳定性(MRI)引起了特别的兴趣,因为它提供了一个湍流源,并有可能将流动组织成径向结构。然而,盘的弱电离防止MRI被激发超过1 AU。T-Tauri圆盘中测量到的毫米级尘埃的强烈沉降也与基于理想MRI湍流的预测相矛盾。本文研究了非理想磁流体和风对尘埃动力学和沉降的影响。我们考虑一个弱电离等离子体的双极扩散表征光盘的外部区域(>1 AU)。为此,我们进行数值MHD模拟中的分层剪切盒,使用PLUTO代码。我们的模拟结果表明,毫米厘米尘埃垂直包含在一个非常薄的层,与典型的高度尺度~0.4 AU在30 AU,最近ALMA观测兼容。在水平方向上,颗粒被困在由双极扩散引起的压力最大值内,从而形成尘埃环。对于微米级的颗粒,尘埃和气体的尺度高度是相似的。在这种情况下,沉降不能用简单的一维扩散理论来解释,而是由MHD风和纬向流引起的大尺度二维环流引起的。总的来说,我们的研究结果表明,非理想的MHD效应和它们相关的风在塑造原行星盘中尘埃的径向和垂直分布方面起着重要作用。导致大量的吸积效率,非理想效应也是一个有前途的途径,以调和低湍流活动测量光盘与其相对较高的吸积率。
2018-05-01 astro-ph.EP astro-ph.SR
Dust properties and disk structure of evolved protoplanetary disks in Cep OB2: Grain growth, settling, gas and dust mass, and inside-out evolution
本文给出了Cep OB 2区34颗中低质量恒星的31个TTS和IRAM/1.3mm观测的Spitzer/IRS光谱。包括我们以前发表的数据,我们分析了56个TTS和3个中等质量的恒星在Tr 37(~ 400万年)和NGC 7160(~ 1200万年)的硅酸盐特征。硅酸盐发射特征很好地再现与无定形(橄榄石,镁橄榄石,和二氧化硅化学计量)和结晶颗粒(镁橄榄石,顽火辉石)的混合物。我们探索晶粒尺寸和磁盘结构使用辐射转移磁盘模型,发现大多数对象遭受了重大的演变(晶粒生长,沉降)。大约有一半的磁盘显示由内而外的演变,要么灰尘清除内孔或径向依赖的灰尘分布,通常有较大的颗粒和更多的沉淀在最里面的磁盘。典型的强硅酸盐的功能,但需要存在的小灰尘颗粒,并可以解释为根据颗粒大小,异常的灰尘分布,和/或光学薄的尘埃种群内磁盘间隙的差异沉降。M型恒星往往比K型天体有更弱的硅酸盐发射和更陡的SED。推断出的低尘埃质量与相对较高的气体吸积率形成强烈对比,表明全球颗粒生长和/或异常的气尘比。过渡盘(TD)在Cep OB 2区域显示强烈的加工颗粒,这表明它们主要是由尘埃演化和沉降。最后,罕见但引人注目的在年老时具有强烈吸积作用的盘的存在揭示了一些非常巨大的盘可能仍然存在于颗粒生长,引力不稳定和行星形成中。
2011-08-26 astro-ph.EP astro-ph.SR
Determining Dust Properties in Protoplanetary Disks: SED-derived Masses and Settling With ALMA
我们目前的光谱能量分布(SED)建模的338盘金牛座T星周围的11个恒星形成区,从$\sim$ 0.5至10万年的年龄。我们从我们的SED模型推断的磁盘质量通常比(亚)毫米调查报告的大1.5-5倍,对于更大质量的磁盘,差异通常更高。从(亚)毫米通量导出的质量依赖于假设盘在所有毫米波长下都是光学薄的,这可能导致盘质量被低估,因为观测到的通量对盘中的整个质量不敏感; SED模型没有做出这种假设,因此产生更高的质量。具有更多吸收材料的圆盘在给定波长下应该是光学上较厚的;当圆盘温度由恒星光度缩放时,这可能导致大质量恒星周围的圆盘存在更大的差异。我们还比较了不同恒星形成区域的盘质量和尘埃沉降程度,发现年轻区域的盘比老区域的盘质量更大,但尘埃沉降程度相似。总之,这些结果为“失踪”质量问题提供了潜在的部分解决方案:金牛座T恒星周围的圆盘可能确实有足够的材料形成行星系统,尽管以前的研究通过假设圆盘光学薄而低估了质量;这些行星系统也可能比以前的理论更早形成,因为重要的尘埃演化(即,沉降)在年轻的盘中已经很明显。
2022-11-30 astro-ph.EP astro-ph.SR
Dust dynamics and vertical settling in gravitoturbulent protoplanetary discs
引力不稳定性(GI)控制着年轻的大质量原行星盘的动力学。除了促进气体吸积到中央原恒星上,它还必须影响行星形成的过程:直接通过碎片化,间接通过小固体的湍流集中。为了理解后一个过程,必须确定这种湍流中的尘埃动力学。为此,我们进行了一系列耦合气体和尘埃的三维剪切盒模拟,包括气体的自重和扫描范围的斯托克斯数,从0.001到~0.2。首先,我们表明,垂直沉降的灰尘在中平面是显着阻碍gravitoturbulence,灰尘的尺度高度约0.6倍的气体尺度高度厘米颗粒。这是由于强烈的垂直扩散产生的(a)小尺度惯性波湍流喂养的GI螺旋波和(b)较大规模的垂直环流,自然伴随着螺旋。第二,我们表明,在R=50 AU浓度的事件,涉及亚米粒子和产生1阶尘埃气体比是罕见的,最后不到一个轨道。此外,灰尘浓度在3D中的效率低于2D模拟。我们的结论是,GI是不是特别容易动荡的尘埃颗粒的积累。最后,在模拟中测得的大灰尘尺度高度可以在未来与ALMA看到的边缘圆盘进行比较,从而帮助检测和表征真实系统中的GI。
2020-03-02 astro-ph.EP astro-ph.SR
Self-scattering in protoplanetary disks with dust settling
再发射通量的散射被认为至少部分地导致了在几个原行星盘的(亚)毫米波长范围内观测到的偏振。虽然散射产生的偏振程度高度依赖于尘埃模型,但早期研究这种机制依赖于尘埃的单一粒度和简单密度分布的假设。然而,在这种机制通常最有效的密集内部区域,已经证实存在尺寸从纳米到毫米的尘埃颗粒。此外,气体的存在迫使较大的晶粒垂直地朝向盘中平面迁移,从而在垂直方向上引入粉尘分离。使用偏振辐射转移模拟,我们分析了在350 $μ$米,850 $μ$米,1.3毫米和2毫米的散射光偏振的依赖性描述原行星盘的各种参数,包括尘埃颗粒沉降的影响。我们发现,不同的磁盘参数改变的偏振度主要是通过影响辐射场的各向异性,光学深度,或两者兼而有之。因此,仅从偏振测量直接推导出某些盘参数值是非常具有挑战性的。然而,假设一个高的尘埃粒子,它是可能的跟踪从光学厚光学薄盘区域的过渡。在大多数被认为是磁盘配置的极化程度低于观察发现,这意味着有必要重新审视模型,描述的尘埃属性和磁盘结构。
2020-07-11 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.SR
Effects of Dust Evolution on the Vertical Shear Instability in the Outer Regions of Protoplanetary Disks
垂直切变不稳定性(VSI)是一种需要快速气体冷却的流体动力学不稳定性,并已被建议在原行星盘的外部区域运行。VSI驱动具有强烈垂直运动的湍流,这可以调节灰尘的生长和沉降。然而,灰尘的生长和沉降可以调节VSI,因为灰尘耗尽使得外部盘区域中的气体冷却效率低下,这些外部盘区域相对于其自身的热发射而言光学上较薄。在这项研究中,我们量化了这种潜在的稳定作用的灰尘演变的VSI的线性分析的基础上。我们构建了一个模型来计算冷却时间尺度,同时考虑到超过微米尺寸和尺寸依赖性沉降的灰尘生长。结合线性稳定性分析的模型,我们映射的区域VSI的操作,我们称之为VSI区,并估计在每个径向位置的最大增长率。我们发现,灰尘的增长,以及解决使VSI区更局限于周围的中平面。这导致增长率下降,因为旋转速度的垂直切变是不稳定性的来源,在较低的高度较弱。在我们默认的0.01太阳质量的圆盘模型中,从10微米到1毫米的尘埃增长会导致增长率下降10倍以上。抑制的VSI驱动的湍流尘埃演化可能会促进进一步的尘埃演化的外部区域,也解释了高度的尘埃沉降观察到的磁盘周围HL头。
2021-05-06 astro-ph.EP astro-ph.SR
Modest dust settling in the IRAS04302+2247 Class I protoplanetary disk
本文通过 VLA 多波段观测和辐射转移建模,首次给出原行星盘毫米波尘埃标高下限,发现 IRAS04302+2247 盘处于尘埃沉降的中间演化阶段。
2023-02-03 astro-ph.EP astro-ph.SR
Consistent dust and gas models for protoplanetary disks. I. Disk shape, dust settling, opacities, and PAHs
我们提出了一套标准的假设II类和III类原行星盘,其中包括详细的连续辐射转移,气体和冰的热化学模型,以及线辐射转移从光学厘米波长的建模。我们提出了新的标准尘埃不透明度磁盘模型,我们提出了一个简化的处理多环芳烃足以重现多环芳烃排放功能,我们建议使用一个简单的处理尘埃沉降。我们粗略地调整参数,以获得一个模型,预测典型的II类T金牛星连续谱和线观测。我们系统地研究了每个模型参数(盘质量,盘的延伸和形状,尘埃沉降,尘埃大小和不透明度,气体/尘埃比等)的影响。在所有的连续谱和谱线观测上,特别是在SED、mm斜率、连续谱和发射谱线上,包括[OI] 63 μ m、高J CO谱线、(亚)mm CO同位素谱线和CO基本振转谱线。我们发现,演变的灰尘属性(大颗粒),往往需要适应SED,磁盘化学和加热/冷却平衡有重要的后果,导致更强的发射谱线一般。强尘埃沉降和失踪盘耀斑有类似的连续观测的影响,但对远红外气体发射谱线的影响相反。PAH分子可以屏蔽气体从恒星紫外线辐射,因为它们的强吸收和散射不透明度可以忽略不计。可观察到的毫米斜率的SED可以变得更加温和的情况下,冷盘中平面,我们经常发现在我们的金牛座T模型。我们建议使用强大的化学示踪剂的气体,如O,CO,和H2,作为额外的约束条件,以确定一些关键属性的磁盘,如磁盘的形状和质量,不透明度,和尘埃/气体比,同时拟合连续和线观测。
2015-11-11 astro-ph.EP astro-ph.SR
Self-scattering on large, porous grains in protoplanetary disks with dust settling
在亚毫米波段对原行星盘(PPD)的观测表明,偏振是由热辐射的散射引起的。大多数用来解释这些观测结果的尘埃模型都有主要的缺点:它们要么使用比尘埃演化模型预期的要小得多的颗粒,要么导致比观测到的更低的偏振。我们调查的尘埃颗粒孔隙度的偏振由于散射在亚毫米波长所产生的颗粒的尺寸高达毫米的影响,因为他们预计将存在于中平面的PPD。利用有效介质理论,我们计算了多孔尘埃的光学性质,并用它们来预测散射偏振的行为。随后,对带有多孔尘埃的PPD进行了辐射转移模拟,以分析光学深度结构的附加影响,从而分析多次散射事件和不均匀温度分布对偏振的影响。我们发现,多孔粉尘与约10%的中等填充因子相比,紧凑的颗粒增加极化。对于较高的颗粒孔隙率,即填充因子为1%或更低的颗粒,消光不透明度降低,具有恒定质量的盘的光学深度也降低。因此,非偏振的直接辐射占主导地位的散射通量,偏振迅速下降。即使模拟的极化高于致密颗粒的情况下,它仍然低于典型的观察值的正面磁盘。然而,当来自磁盘和尘埃演化理论的关键模型假设(例如尘埃沉降和毫米大小的尘埃颗粒)被丢弃时,极化可能会增加。然而,在倾斜圆盘的情况下,我们的参考模型能够实现约1%的偏振度,并且使用更高的圆盘质量,甚至比这更高。
2021-03-08 astro-ph.EP astro-ph.SR
The resonant drag instability of dust streaming in turbulent protoplanetary disc
本文用小尘埃分数极限下的气尘扰动动力学局域方法研究了原行星盘中尘埃流共振拖曳不稳定性的阻尼。圆盘中的湍流分别由气体和尘埃运动方程中的有效粘性和扩散率表示。在施密特数(有效粘度与扩散率的比值)Sc = 1的标准情况下,用惯性波(IW)和流动尘埃波(SDW)相互共振来简化RDI的描述,表明阻尼解与无粘解的不同之处仅仅在于将特征阻尼频率加到其增长率上。RDI完全抑制在阈值粘度,这是估计分析,首先,径向漂移,其次,垂直沉降的灰尘,最后,在沉降结合径向漂移的灰尘的情况下。在最后一种情况下,RDI存活到最高阈值粘度,对于较小的固体具有更大的过量。一旦Sc \neq 1,一个新的不稳定性特定的耗散扰动的尘埃沉降背景出现。这种准共振性质的不稳定性被称为沉降粘性不稳定性(SVI)。当Sc > 1(Sc < 1)时,在长波区,类似于SDW(IW)的模开始增长。SVI导致阈值粘度的额外增加。
2020-03-20 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.flu-dyn
Resonant Drag Instabilities in protoplanetary disks: the streaming instability and new, faster-growing instabilities
我们确定和研究了一些新的,快速增长的不稳定性的尘埃颗粒在原行星盘,这可能是重要的星子形成。这项研究是基于这样的认识,即尘埃气体混合物是一般不稳定的共振阻力不稳定性(RDI),只要气体,没有灰尘,支持无阻尼线性模式。我们表明,“流不稳定性”是一个RDI与周转振荡,这提供了简单的解释其机制和准确的分析表达式,其增长率和增长最快的波长。我们将这种分析扩展到更一般的尘埃流运动和其他波,包括浮力和磁流体动力学振荡,发现各种新的不稳定性。最重要的是,我们确定了磁盘的“沉降不稳定性”,这是由于灰尘垂直沉降到旋转磁盘的中平面。对于小颗粒,这种不稳定性的增长速度比标准的流动不稳定性快许多数量级,其增长率与颗粒尺寸无关。现实的尘埃-气体比的增长时间尺度与磁盘轨道周期相当,特征波长比流动不稳定性大一个数量级以上(允许不稳定性集中更大的质量)。这表明,在沉降过程中,尘埃将带成环,然后是细丝或团块,潜在地播种尘埃陷阱,高金属含量的区域,反过来又播种流动的不稳定性,甚至是凝结或直接坍缩为星子的过度密度。
2018-04-14 astro-ph.EP
Disk Masses and Dust Evolution of Protoplanetary Disks Around Brown Dwarfs
我们提出了迄今为止最大的棕矮星(BD)原行星盘光谱能量分布模型的样本。我们从四个恒星形成区域:$ρ$蛇夫座,金牛座,狼疮和上天蝎座汇编了49个ALMA观测对象。研究不同年龄的多个区域使我们能够探测磁盘随时间的演变。具体来说,从我们的模型中,我们获得的尘埃颗粒大小,尘埃沉降和磁盘质量的值,我们比较这些参数如何在区域之间变化。我们发现,磁盘质量随着年龄的增长而减少。我们还发现了磁盘演化的证据(即,在所有四个区域都有明显的颗粒生长和尘埃沉降),这表明行星形成和盘演化可能在早期阶段就开始发生。我们通常发现这些盘包含的质量太少,无法形成行星伴侣,尽管我们不能排除行星形成可能已经发生。最后,我们研究了磁盘质量-主机质量的关系,并发现BD磁盘在很大程度上是一致的,与以前确定的关系,围绕金牛座T星的磁盘。
2021-06-28 astro-ph.EP astro-ph.SR
Turbulence in protoplanetary disks: A systematic analysis of dust settling in 33 disks
本文首次对33个原行星盘进行统一分析,利用ALMA高分辨率观测和辐射转移建模约束尘埃垂直沉降与径向聚集,发现盘外部普遍沉降、约半数环存在强径向捕获,并据此估计湍流上限及有利于远距离行星核心形成的区域。
2025-03-07 astro-ph.EP astro-ph.SR
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
Grain opacity and the bulk composition of extrasolar planets. II. An analytical model for the grain opacity in protoplanetary atmospheres
上下文本文研究了原行星大气中的颗粒不透明度kgr。这对行星质量-半径关系很重要,因为kgr影响低质量行星的H/He包层质量和巨行星的临界核心质量。目标。本研究的目的是推导出一个分析模型的k_gr方法。我们的模型是基于比较的时间尺度的微物理过程,如颗粒沉降在斯托克斯和爱泼斯坦制度,增长的布朗运动凝聚和差分沉降,颗粒蒸发,和颗粒平流由于信封收缩。有了这些时间尺度,我们得出了粒度,丰度和不透明度。结果我们发现,主要的增长过程是差异沉降。在这个区域中,k_gr具有简单的函数形式,并且在Epstein区域中被给出为27 Q/8 H rho,并且对于Stokes阻力被给出为2 Q/H rho。颗粒动力学导致一个典型的径向结构的k_gr与高ISM类值的顶层,但强烈的下降,在较深的部分,无颗粒的分子不透明度接管。结论.在协议与早期的结果,我们发现,k_gr是典型的远低于ISM。该方程还表明,较高的灰尘输入在顶层并没有强烈增加k_gr与两个重要的含义。首先,对于通过卵石形成的巨型行星核心,可能存在卵石由于烧蚀而增加大气中的颗粒输入的问题。这可能会增加k_gr,阻碍巨型行星形成。我们的研究表明,这种不利影响不应该发生。第二,恒星[Fe/H]越高,星子表面密度越大,这可能只有利于巨行星形成,而不会因为k_gr的增加而对巨行星形成产生不利影响,这证实了核吸积作用解释了[Fe/H]增大巨行星频率的结果。
2014-06-29 astro-ph.EP
Growing and Trapping Pebbles with Fragile Collisions of Particles in Protoplanetary Disks
最近的实验室实验表明,冰尘颗粒的破坏性碰撞发生的速度比以前认为的要低得多。当这些新的速度被认为是从尘埃演化模型的实验室实验,增长到卵石大小的原行星盘(PPD)是困难的。这可能与(亚)毫米观测相矛盾,并对星子和行星的形成提出挑战。我们调查所需的条件,在尘埃演化模型中的生长和捕获的PPDs卵石时,在整个磁盘的碎片化速度为1毫秒$^{-1}$。我们区分控制湍流速度,垂直搅拌,径向扩散和气体粘性演化的影响的参数,总是假设颗粒不能扩散速度(径向或垂直)比气体。为了形成卵石并产生有效的颗粒捕获,控制颗粒湍流速度的参数必须很小($δ_t\lesssim10^{-4}$)。在这些情况下,垂直沉降可以限制卵石的形成,这也防止了颗粒捕获。因此,设置颗粒垂直沉降的参数必须是$δ_z<10^{-3}$。我们的研究结果表明,不同的颗粒和气体扩散参数的组合可以导致一个大的多样性毫米通量和尘埃盘半径。当卵石形成发生和捕获是有效的,间隙和环具有更高的对比度在毫米发射比在近红外。在无效捕获的情况下,在两个波长处也形成结构,从而在NIR中产生更深和更宽的间隙。我们的研究结果强调了获得气体和粒子扩散参数的观测约束以及短波长和长波长处的间隙特性的重要性,以更好地了解PPD的基本特征和在这些物体中观察到的结构的起源。
2020-11-27 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
The outcome of protoplanetary dust growth: pebbles, boulders, or planetesimals? III. Sedimentation driven coagulation inside the snow-line
本文研究了尘埃在原行星盘的一维垂直柱中沉降而引起的尘埃生长。从在盘SED中观察到的10微米特征可知,在盘的整个寿命期间,在盘气氛中存在小的微米尺寸的晶粒。我们希望解释这样的问题,如什么过程可以保持磁盘的大气尘埃的磁盘的寿命和粒子的属性如何改变作为一个函数的高度以上的中平面。我们使用Monte Carlo代码来跟踪颗粒的质量和孔隙度随时间的演化。所使用的碰撞模型是基于实验室实验上进行的灰尘聚集。由于实验无法涵盖所有可能的碰撞场景,我们模型的最大不确定性是我们必须执行的必要外推。我们同时解决了粒子的生长和运动。由于沉降和湍流混合,颗粒可以垂直移动。我们假设气体密度的垂直分布在时间上是固定的,并且只有固体成分演变。我们发现,所使用的碰撞模型强烈影响的质量和尺寸的颗粒。基于实验室实验的碰撞模型与假设在所有碰撞速度下粘附的模型相比大大减小了颗粒尺寸。我们发现,湍流参数α = 10^-2才能保持尘埃大气的尘埃状态,但如此强的湍流只能在中平面产生小颗粒,这对微行星形成模型不利。我们还看到,粒子在中平面较大,在圆盘的上层较小。在3-4个压力标度高度下,产生微米级颗粒。需要这些颗粒尺寸来解释磁盘SED的10微米特征。因此,湍流可能有助于将小尘埃颗粒保持在磁盘大气中。
2011-07-26 astro-ph.EP
The mid-IR water and silicate relation in protoplanetary disks
金牛座T星周围原行星盘的中红外水线的探测率为50%。模型已经确定了多个物理属性的磁盘,如灰尘与气体的质量比,灰尘大小的幂律分布,磁盘气体质量,磁盘内半径,磁盘规模的高度作为当前的检测率的潜在解释。我们寻找中红外水线通量和10~ $μ$ m硅酸盐特征强度之间的联系。我们分析了三种共混物中观测到的水线通量,并从Spitzer光谱计算了10~ $μ$ m硅酸盐特征强度。我们使用一系列已发表的模型,探索磁盘尘埃和气体的属性,以及不同恒星的影响。模型还表明,恒星光度的增加同时增强了这种尘埃特征和水线通量的强度。中红外线谱线与10~ $μ$ m硅酸盐没有相关性。我们的样品显示了在早期研究中注意到的无定形和结晶硅酸盐之间的峰值强度的相同差异,但是我们的模型不支持硅酸盐峰值强度的这种固有差异。我们的模型系列的个别属性无法再现最极端的观测结果,这表明需要更复杂的尘埃属性。对于标准模型,参数化沉降处方能够将峰值强度提高2倍。水线通量与粉尘的成分无关。在模型结果中看到的明显的规律性趋势在数据中被冲掉了,这是因为与我们的模型系列相比,恒星和盘的性质具有更大的多样性。中红外水线通量较弱的盘在10~au内气体贫化或尘埃增强。在气体耗尽盘的情况下,沉降产生非常强的10~ $μ$ m硅酸盐特征,具有强峰值强度。
2016-10-31 astro-ph.EP
Hydrodynamical simulations of the vertical shear instability with dynamic dust and cooling rates in protoplanetary disks
本研究通过原行星盘二维流体动力学模拟,探究垂直剪切不稳定性(VSI)与动态尘埃、冷却率的相互作用,发现三者可形成平衡厚尘埃层,平衡态依赖尘埃尺寸与尘气比,为原行星盘尘埃演化与星子形成研究提供新依据。
2025-07-15 astro-ph.EP astro-ph.SR
An Introduction to Dust Evolution and Vertical Transport in Protoplanetary Disks
本教程介绍了原行星盘中尘埃演化与垂直传输的观测研究,阐述多波长空间分辨观测如何推断尘埃分布与性质,并描述推断不同示踪物尘埃性质及垂直高度的方法以助初学者入门。
2025-09-12 astro-ph.EP astro-ph.SR
The infrared line-emitting regions of T Tauri protoplanetary disks
斯皮策太空望远镜探测到的中红外分子线发射通常用平板模型来解释。然而,我们需要了解2D磁盘模型中的中红外线发射,这样我们就可以获得关于线从哪里发射以及在什么条件下发射的信息,这样我们就可以获得关于径向和垂直方向上的数量密度,温度和光学深度的信息。在本文中,我们介绍了一系列的二维热化学模型的一个原型金牛座T原行星盘,以检查如何敏感的线发射区的变化,在紫外线和X射线通量,磁盘耀斑角,尘埃沉降,和尘埃气体比。这些都影响了内盘的加热,因此会影响中红外谱线。使用ProDiMo和FLiTs代码,我们产生了一系列的二维热化学盘模型。我们发现,往往有一个显着的气体和尘埃的温度之间的差异线发射区域,我们说明,线发射区域的大小是相对稳健的恒星和磁盘参数的变化(即,紫外线和X射线通量,耀斑角,尘埃沉降)。这些结果表明,潜在的本地化的变化线发射区域,大大影响所得的光谱和线通量,并允许在我们的模型中的这种变化的必要性。
2019-10-11 astro-ph.EP astro-ph.SR
A Self-Consistent Reduced Model for Dusty Magnetorotationally Unstable Discs
分析了原行星盘中尘埃沉降与磁旋转不稳定性(MRI)湍流的相互作用。我们使用一个简化的耦合常微分方程系统来表示颗粒扩散和抑制MRI之间的相互作用。耦合方程的形式为湍流的Landau方程和扩散的Fokker-Planck方程。磁粒相互作用可能是最相关的外边缘附近的磁盘的静止,或“死”区。沉降在中平面附近最明显,在中平面处,高粉尘浓度可以自洽地抑制MRI。然而,在某些条件下,谷物可以到达高海拔地区,这是一些观察兴趣的结果。最后,我们证明了平衡解是线性稳定的。
2012-03-08 astro-ph.EP
Two-fluid Instability of Dust and Gas in the Dust Layer of a Protoplanetary Disk
本文研究了原行星盘中尘埃层的不稳定性。已知在初始粉尘密度均匀的情况下,流动不稳定性发展并且粉尘密度集中发生。本文考虑了垂直于中平面的初始尘埃密度梯度的影响。粉尘和气体被视为不同的流体。尘埃流体的压力被假定为零。气体摩擦时间假定为常数。采用谱方法对轴对称二维流场进行了数值模拟。我们发现,即使气体摩擦时间乘以开普勒角速度小到0.001,不稳定性也会以开普勒角速度的数量级增长。这种不稳定性是由两个来源驱动的:(1)方位角速度的垂直切变,以及(2)由于平流而引起的尘埃和气体的相对运动以及尘埃密度波动。这种不稳定性通过湍流平流扩散尘埃,最大尘埃密度降低。这意味着,在均匀初始灰尘密度的情况下所看到的由流动不稳定性引起的灰尘浓度随着灰尘朝向中平面沉降而导致的灰尘密度梯度增加而变得无效。
2009-05-27 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
Dust diffusion and settling in the presence of collisions: Trapping (sub)micron grains in the midplane
在原行星盘中,小(亚)微米颗粒的分布和丰度对一系列物理和化学过程很重要。例如,它们在短波长处占主导地位,它们的表面是许多重要化学反应的场所,例如水的形成。根据其空气动力学特性(即,它们与周围气体的强动力学耦合),通常假设这些小颗粒与气体充分混合。我们的目标是研究颗粒的垂直(再)分布,同时考虑沉降、湍流扩散以及与其他尘埃颗粒的碰撞。假设一个碎片有限的背景尘埃人口,我们开发了一种蒙特卡罗方法,以下单个单体,因为他们通过一个垂直的气体柱移动,并成为纳入不同的聚集体,因为他们经历了坚持和碎片碰撞。我们发现,(亚)微米颗粒不一定是垂直混合良好,但可以成为被困在一个薄层的规模高度,是显着小于的气体。当扩散的时间尺度与中平面中的碰撞时间尺度相当或更长时,发生这种碰撞捕获,并且当尺寸分布中最大质量的颗粒显示出显著的沉降时,其效果最强。基于模拟和分析的考虑,我们得出结论,对于典型的尘埃气体比和湍流水平,碰撞捕获的小颗粒应该是一个比较常见的现象。没有被捕获可能表明尘埃与气体的比例很低,可能是因为大部分尘埃质量已经通过径向漂移被移除或被锁定在微行星中。
2016-03-08 astro-ph.EP
Beyond Diffusion: A Generalized Mean-Field Theory of Turbulent Dust Transport in Protoplanetary Disks
本文针对原行星盘经典湍流扩散模型不自洽的问题,提出基于密度加权平均和平均场理论的广义欧拉湍流尘埃输运模型,确保动量守恒并涵盖轨道效应,为后续研究提供统一框架。
2023-08-12 astro-ph.EP
Impact of Differential Dust Settling on the SED and Polarization: Application to the Inner Region of the HL Tau Disk
对HL Tau原行星盘的偏振观测表明,在ALMA波段7存在散射激发的偏振,这表明尘埃粒子的最大尺寸为$\sim 100~{\rm μm}$,而谱能量分布(SED)表明尘埃粒子的最大尺寸为$\sim$ mm。如果盘是光学厚,较长的观察波长跟踪更多的内层,这将是由较大的晶粒为主。研究发现,在较宽的湍流强度范围内,HL Tau盘中心部分的SED可以用mm尺度的颗粒来解释,而只有当湍流强度参数$α_{\rm t}$小于$10^{-5}$时,才能用$160~{\rm μm}$尺度的颗粒来解释.我们还发现,所观察到的极化分数可以潜在地解释与最大灰尘尺寸的$1~{\rm mm}$,如果$α_{\rm t}\lesssim10^{-5}$,虽然模型与$160~{\rm μm}$大小的颗粒也是可以接受的。然而,如果最大的尘埃尺寸是$\sim3~{\rm mm}$,模拟的偏振分数是太低,解释的意见,即使湍流强度是非常小的,表明最大的尘埃尺寸为$\lesssim1$ mm。100 ${\rm μm}$大小和mm大小的颗粒之间的简并可以解决通过提高ALMA校准精度或偏振观测(分)厘米波长。
2021-04-13 astro-ph.EP
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
Gravito-turbulent bi-fluid protoplanetary discs: 1. An analytical perspective to stratification
本研究针对含气体与尘埃的自引力原行星盘,通过解析方法求解其垂直流体静力学平衡方程,提出双流体Toomre参数定义与盘质量观测估算方法,为相关数值模拟提供新基准解。
2025-03-17 astro-ph.EP astro-ph.SR math-ph
Modeling the curved dust sublimation front in protoplanetary disks: a potential probe of midplane turbulence
Instituto de Astronomía, Universidad Nacional Autónoma de México(墨西哥国立自治大学天文研究所);Department of Astronomy, University of Michigan(密歇根大学天文学系);Departamento de Física, CUCEI, Universidad de Guadalajara(瓜达拉哈拉大学CUCEI物理系);Instituto de Radioastronomía y Astrofísica, Universidad Nacional Autónoma de México(墨西哥国立自治大学射电天文学与天体物理研究所)
提出一种自洽方法计算T Tauri星盘尘埃内壁几何与辐射,通过SED模型发现弯曲壁从~0.11 au延伸至~0.38 au,并揭示毫米级颗粒需分布至0.5-3标高以上,暗示高湍流度。
2026-06-26 astro-ph.EP astro-ph.SR
Probing the turbulent mixing strength in protoplanetary disks across the stellar mass range: no significant variations
尘埃沉降和颗粒生长是原行星盘中行星形成过程的第一步。这些圆盘是在不同光谱型的恒星周围观察到的,有迹象表明,低质量恒星周围的圆盘明显更平坦,这可能表明它们的稳定和演化速度更快,或者以不同的方式。我们的目标是测试这一假设的建模的中值光谱能量分布(SED)的原行星盘的三个样本:围绕赫比格星,金牛T星和褐矮星。我们专注于湍流混合强度,以避免强烈的观测偏差,从磁盘和恒星的性质,取决于恒星质量。我们产生的SED与辐射转移代码MCMax,使用流体静力学盘结构和沉降的灰尘在一个自洽的方式与α-处方探测的湍流混合强度。我们能够将所有三个样品与具有相同输入参数的圆盘相匹配,将内边缘缩放到尘埃蒸发半径,将圆盘质量缩放到毫米测光。赫比格星需要对内缘区域进行特殊处理,而金牛T星需要粘性加热,而褐矮星缺乏对盘质量的良好估计,因为只有几毫米的探测存在。我们发现,湍流混合强度不改变整个恒星质量范围内的一个固定的粒度分布和气体尘埃比。具有相同温度的区域具有独立于恒星质量的自相似垂直结构,但距离中心恒星相同距离的区域似乎更倾向于位于低质量恒星周围的圆盘中。我们发现,对于标准的颗粒尺寸分布,湍流混合强度相对较低,α = 10^(-4),但对于小颗粒较少或气尘比较低的颗粒尺寸分布,我们的结果也与α = 0.01相一致。
2012-01-06 astro-ph.EP astro-ph.SR
Puffed-up Inner Rings and Razor-thin Outer Rings in Structured Protoplanetary Disks
利用ALMA Band 6观测6个双环原行星盘,发现内环尘埃层膨胀而外环显著沉降,揭示了尘埃沉降效率的径向依赖性,并指出外部沉降环是行星形成的优先场所。
2025-09-16 astro-ph.EP
Dust dynamics in disk dust traps and late planetesimal formation
Université Côte d’Azur(蔚蓝海岸大学);Observatoire de la Côte d’Azur(蔚蓝海岸天文台);CNRS(法国国家科学研究中心);Laboratoire Lagrange(拉格朗日实验室);Collège de France(法兰西学院)
通过全球盘模拟研究尘埃罗斯比波不稳定性在压力阱中的星子形成机制,发现低粘度盘在光蒸发后期有利于星子形成,解释了太阳系球粒陨石母体的晚期形成。
2026-05-28 astro-ph.EP
Hydrocarbon emission rings in protoplanetary disks induced by dust evolution
我们报告的意见,解决C2 H发射环内的气体丰富的原行星盘的TW Hya和DM头使用阿塔卡马大毫米波阵列(ALMA)。在每种情况下,发现发射环出现在可观察的磁盘的边缘的毫米大小的颗粒(卵石)跟踪(子)毫米波连续发射。此外,我们检测到一个C3 H2的发射环具有相同的空间分布C2 H在TW Hya磁盘。这表明这些是烃环(即不限于C2 H)。使用一个详细的热化学模型,我们表明,再现C2 H的发射需要一个强大的UV场和C/O > 1的上层磁盘大气和外盘,超出边缘的卵石盘。这自然会出现在一个磁盘中的冰涂层的尘埃质量是空间分层由于凝结,重力沉降和漂移的综合影响。这种分层导致盘表面和外盘对UV光子具有更大的渗透性。此外,冰的浓度,运输关键的挥发性载体的氧和碳的中平面,随着光化学侵蚀的CO,导致元素的C/O比,超过统一的UV占主导地位的磁盘。因此,颗粒的运动,而不是气体,导致在磁盘表面层和外部磁盘中平面丰富的碳氢化合物化学。
2016-09-20 astro-ph.EP
Migration of Planets Into and Out of Mean Motion Resonances in Protoplanetary Discs: Overstability of Capture and Nonlinear Eccentricity Damping
许多多行星系统被观察到包含非常接近平均运动共振的行星,尽管没有精确共振对的显著堆积。我们目前的理论和数值研究的结果捕获到一阶平均运动共振(MMR)使用参数化的行星迁移模型,考虑到非线性偏心阻尼由于行星盘相互作用。这种参数化是基于数值流体动力学模拟,比以前的分析研究中广泛使用的简单的线性参数化更现实。我们发现,非线性偏心阻尼可以显着影响的稳定性和结果的共振捕获。特别地,被捕获到MMR的行星的平衡偏心率变得更大,并且被捕获的MMR状态与基于简单迁移模型的预测相比趋于更稳定。此外,当迁移是足够快或/和行星质量比是足够小,我们观察到一个新的现象偏心率过冲,行星的偏心率变得非常大,然后才安定下来,以较低的平衡值。如果小行星的偏心率在过冲期间接近于1,这可能导致小行星被抛出。这可能有助于解释与温暖的彗星相比,热彗星缺乏低质量的行星伴侣。
2018-05-19 astro-ph.EP
Substructures Induced by Dust Drag in Protoplanetary Disks
Max-Planck-Institut für Astronomie(马克斯·普朗克天文学研究所);Ruprecht-Karls-Universität Heidelberg(海德堡大学);Christian-Albrechts-Universität zu Kiel(基尔大学)
研究通过二维模拟探讨了尘埃流体不稳定性(SI)和垂直剪切不稳定性(VSI)对尘埃分布的影响,发现高金属licity和中等粘性条件下尘埃呈现独特的穿梭状亚结构,表明内在气体-尘埃相互作用可生成显著尘埃亚结构。
2026-04-24 astro-ph.EP
Dusty disc-planet interaction with dust-free simulations
如果星子是通过流动或引力不稳定性形成的,或者如果原行星盘由于盘风或光蒸发而经历质量损失,那么原行星可能诞生于富含尘埃的环境。出于这种可能性,我们探索低质量行星和尘埃原行星盘之间的相互作用,专注于盘行星扭矩。我们实现林和尤丁的新开发的,纯流体动力学模型的尘埃气体到PLUTO代码模拟尘埃原行星盘嵌入行星。我们发现,对于不完全耦合的灰尘和高金属,例如斯托克斯数$10^{-3}$和灰尘与气体的比例$Σ_\mathrm{d}/Σ_\mathrm{g}=0.5$,一个“泡沫”内的行星的共轨区域,这引入了不稳定的流动。由此产生的圆盘行星扭矩维持大幅振荡,这种振荡远远超出了具有完美耦合的灰尘或低灰尘负载的模拟,其中共同旋转扭矩总是被阻尼。我们发现,由有限尺寸的颗粒的共旋扭矩的去饱和度是有关的潜在的涡量产生的不对准的灰尘和气体密度。我们简要地讨论了可能的影响,在富含尘埃的磁盘的原行星的轨道演化。我们还展示了Lin & Youdin的无尘框架再现了以前有关尘埃原行星盘的结果,包括压力颠簸,尘埃沉降和流动不稳定性的尘埃捕获。
2018-05-02 astro-ph.EP
Dust Evolution in Protoplanetary Disks
在形成行星岩石核心的核心吸积情景中,行星形成的第一步是尘埃颗粒生长成越来越大的聚集体,最终形成星子。虽然尘埃颗粒被认为是从亚微米大小的典型的星际尘埃增长到微米大小的粒子在分子云和核心的密集区域,从微米大小的颗粒增长到卵石和公里大小的机构必须发生在原行星盘。行星系统形成的这一步是固体演化的最后阶段,可以在年轻的太阳系外系统中直接观察到。在这一章中,我们回顾了从实验室实验和数值计算中发现的对颗粒-颗粒碰撞物理的限制。然后,我们回顾了目前的理论认识的全球过程中的固体演化的原行星盘,包括尘埃沉降,增长和径向运输。总结了预测的观测特征。我们讨论了最近的事态发展,在分子云的核心和坍缩信封的原恒星的研究,因为这些提供了初始条件的磁盘中的灰尘。我们讨论的观测证据,从毫米的调查,以及最近的证据径向变化的磁盘中的尘埃属性的年轻磁盘中的颗粒的增长。我们包括一个简短的讨论的限制小端的粒度分布和尘埃沉降来自光学和红外观测。在全球尘埃演化模型的背景下讨论的意见,特别是我们专注于新兴的证据,一个非常有效的早期增长的晶粒和径向分布的晶粒尺寸在磁盘上。我们还强调了当前模型的局限性,包括需要减缓晶粒的径向漂移。
2014-02-06 astro-ph.EP astro-ph.SR
The Irradiation Instability of Protoplanetary Disks
原行星盘大部分的温度是由中心恒星的辐射决定的。Watanabe \& Lin(2008)的数值实验表明,这种盘,也称为“被动盘”,具有热不稳定性。在这里,我们使用分析和数值工具来阐明这种不稳定性的性质。我们发现,这是与耀斑的光学表面,在该层的星光被拦截的磁盘。当盘环受到热扰动并获得较大的尺度高度时,盘环内的张开变得更陡,而外环则变得更平坦。现在,星光在内部的头顶上照射得更多,因此可以穿透到更深的层;相反,它在外部被吸收得更浅。这些几何形状的变化使得环能拦截更多的星光,扰动也随之增大。我们称之为辐射不稳定性。它只需要已知存在于现实磁盘中的成分,并且在光学厚和几何薄的部分(在30 AU内,但可以延伸到更远的地方,例如,考虑灰尘沉降)。一个不稳定的磁盘发展旅行热波,达到统一的振幅。在热辐射中,这样的圆盘应该看起来像一系列明亮的环与黑暗的阴影间隙交错,而在散射光中,它类似于移动的楼梯。根据气体和尘埃的反应,这种不稳定性可能导致广泛的后果,如{ \w ALMA环和间隙,}尘埃陷阱,垂直环流,涡旋和湍流。
2021-09-28 astro-ph.EP
On the nature of the resonant drag instability of dust streaming in protoplanetary disc
最近发现的原行星盘中尘埃流的共振拖曳不稳定性(RDI)被认为是亚音速气尘混合扰动的模式耦合。这种模式耦合是具有几乎相等的相速度的两种模式的合并:具有正能量的惯性波(IW)和具有负能量的流尘波(SDW),如在垂直流体静力平衡中静止的气体环境的框架中测量的。SDW是一种由大量尘埃流产生的平凡模式,它传输尘埃密度的扰动。这样,沉降与尘埃的径向漂移相结合,使得SDW与IW的耦合和不稳定性的开始成为可能。根据模式耦合的概念,RDI增长率与色散方程的耦合项的平方根成比例,色散方程本身与灰尘的质量分数$f\ll 1$成比例。这说明了RDI增长率为$\propto f^{1/2}$的原因。当SDW具有正能量时,其与IW的谐振提供了避免的交叉而不是模式耦合。在高波数极限下,具有无限增长率的RDI $\propto f^{1/3}$可以用三模耦合来解释,即SDW与两个IW的耦合。它与一种新的准共振不稳定性共存,伴随着两个相反传播的低频IW的键合。尘埃在圆盘中仅沿径向流动时,不存在模式耦合。在这种情况下,RDI是由与固体惯性有关的模糊机制提供的。
2019-07-22 astro-ph.EP
A highly settled disk around Oph 163131
原行星盘中平面的高尘埃密度有利于有效的颗粒生长,并可以在盘消散之前快速形成星子和行星。垂直沉降和粉尘在压力最大时被捕获是使粉尘集中在几何上薄而高密度区域的两种机制。在这项工作中,我们的目标是研究这些机制在高度倾斜的原行星盘SSTC 2D J163131.2-242627(Oph 163131,i~ 84 deg)。我们提出了新的高角分辨率连续和12 CO ALMA观测Oph 163131。气体排放出现显着更延长在垂直和径向方向相比,粉尘排放,垂直沉降和可能的径向漂移一致。此外,新的连续观测揭示了两个清晰的环。外环,位于~100 au,在观测中得到了很好的解析,这使我们能够对毫米尘埃颗粒的垂直范围进行严格的限制。我们用辐射转移模型模拟了圆盘,发现在距中心恒星100金处,毫米级颗粒的尺度高度为0.5金或更小。这个值比以前的模型所限制的较小微米尺寸的尘埃颗粒的尺度高度小一个数量级,这意味着大颗粒的有效沉降发生在盘中。当采用参数化的尘埃沉降公式时,我们发现,在100天文单位时,观测结果与湍流粘性系数α <=10^-5是一致的。最后,我们发现Oph 163131中测量的薄尘埃尺度高度有利于行星通过卵石吸积的生长:一颗10 M_Earth的行星可能在不到1000万年的时间内生长,即使在超过50 au的轨道上也是如此。
2022-04-01 astro-ph.EP astro-ph.SR
Dust Growth in Binary Systems: Inhibition of dust settling and growth in circumbinary discs
Univ. Grenoble Alpes, CNRS, IPAG(格勒诺布尔阿尔卑斯大学);Université Lyon 1, ENS de Lyon, CNRS, CRAL(里昂第一大学);School of Physics and Astronomy, Monash University(蒙纳士大学);Université Paris-Saclay, Université Paris Cité, CEA, CNRS, AIM(巴黎萨克雷大学);Homer L. Dodge Department of Physics and Astronomy, The University of Oklahoma(俄克拉荷马大学);LIRA, Observatoire de Paris, Universite PSL(巴黎天文台)
研究双星系统中盘的密度结构对尘埃增长的影响,通过流体动力学模拟探索伴星轨道,发现环绕双星盘内尘埃增长受扰,最大颗粒尺寸变小,而环绕恒星盘颗粒尺寸与孤立盘相似,大双星环绕双星盘行星形成具挑战性。
2026-07-17 astro-ph.EP astro-ph.SR
Three-Dimensional Dust Stirring by a Giant Planet Embedded in a Protoplanetary Disk
本研究通过3D双流体模拟和动量守恒湍流扩散模型,探讨原行星盘中木星质量行星引力扰动与湍流脉动对三维尘埃形态及合成ALMA观测的影响,发现行星引发大尺度尘埃流动结构且湍流扩散效应在盘边缘可观测。
2023-05-08 astro-ph.EP