ALMA and CARMA observations of Brown Dwarfs disks: testing the models of dust evolution
行星形成的第一步是在年轻恒星和褐矮星周围富含气体的圆盘中,微小的微粒凝结成越来越大的鹅卵石和岩石。在亚毫米观测可以跟踪毫米/厘米大小的卵石在外盘,并研究这些固体的凝聚/破碎和径向迁移的机制。这些代表了关键,但尚未完全理解的成分,我们的理解形成的星子,行星的基石。在这里,我们提出的第一个结果,从一个观测计划,使用ALMA和CARMA亚毫米/毫米干涉仪,旨在表征尘埃特性和磁盘结构的年轻磁盘周围的棕矮星和非常低质量的恒星。考虑到这些盘的预期物理条件,它们代表了原行星盘中行星形成早期阶段模型的关键测试床。
2013-07-01 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.SR
Inner rocky super-Earth formation: distinguishing the formation pathways in viscously heated and passive discs
超级地球的形成与原行星盘的结构密切相关,原行星盘决定了生长和迁移。在卵石吸积的情况下,行星生长到卵石隔离质量,在那里行星在气体盘上刻出一个小缺口,阻止卵石流量,从而阻止它的增长。卵石隔离质量与圆盘的纵横比成比例,这直接取决于圆盘的结构。我比较了超级地球在粘性加热盘和纯粹由中央恒星加热的盘中的生长与超级地球的观测。这使得超级地球的两种形成途径在内部系统中得以区分。在粘性加热的内盘中,在1百万年内生长的行星达到卵石孤立质量,直接对应于开普勒观测系统的推断质量,这些系统的特征是行星共振或不共振。然而,为了解释开普勒行星的周期比分布-大多数开普勒行星对都不处于平均运动共振配置-这些共振链的一小部分必须被打破。如果行星是在一个粘性加热的圆盘中早期诞生的,那么这些共振链就必须在没有行星合并的情况下被打破。如果超级地球形成较晚或在纯粹的被动盘中形成,卵石孤立质量太小,无法解释开普勒的观测结果,这意味着行星合并对最终的系统结构很重要。因此,共振行星系在气盘阶段就已经经历了合并,所以行星在达到5-10个地球质量后会被困在共振中。在不稳定性主导系统结构的情况下,系统不应该是具有相互倾斜的轨道的平坦的。这意味着未来对具有RV和凌日的行星系的观测可以区分这两种超级地球形成通道。(节略)
2019-08-23 astro-ph.EP
From Planetesimals to Dwarf Planets by Pebble Accretion
本研究通过卵石吸积模型解释热海王星外天体尺寸分布,发现其仅增长最大天体,并约束卵石尺寸、湍流参数及吸积质量,为矮行星形成提供依据。
2025-02-27 astro-ph.EP
Effects of Pebble Accretion Isolation Mass on Observable Exoplanet Properties
Penn State University(宾夕法尼亚州立大学);The College of New Jersey(新泽西学院)
本研究探讨行星形成早期不同pebble吸积隔离质量模型对超级地球最终性质的影响,发现现有模型无法同时匹配开普勒样本的所有可观测分布,需进一步研究初始条件等因素。
2026-08-17 astro-ph.EP
Most super-Earths formed by dry pebble accretion are less massive than 5 Earth masses
我们从自洽的尘埃增长模型研究了岩石行星的形成。特别是,我们的目标是计算一个岩石行星的最大核心质量,可以维持一个薄的H-He大气,以解释开普勒的大小分布的第二个峰值。我们通过冰线内的卵石吸积来模拟行星的生长。卵石通量计算自洽尘埃生长通过求解对流扩散方程为代表的灰尘大小。包括粉尘在水冰线上的凝结、漂移、破碎和升华。光盘的演变计算$α$光盘从中央恒星的光蒸发。行星是从一个月球质量的胚胎中通过硅酸盐卵石的吸积和气体的吸积而成长起来的。我们分析了不同初始椎间盘质量、$α$粘度、椎间盘金属含量和胚胎位置的影响。最后,我们计算了由于蒸发造成的大气质量损失。我们发现,在冰线内,破碎屏障决定了卵石的大小,这导致不同的圆盘粘度不同的行星生长模式。在冰线内的卵石隔离质量通常衰减到低于5 M $_{\oplus}$的值在第一个百万年的磁盘演变,限制核心群众的价值。在计算了大气质量损失后,我们发现核心在$\sim$ 4 M $_{\oplus}$以下的行星大气层被完全剥离,少数4-5 M $_{\oplus}$核心保留着稀薄的大气层,使它们处于开普勒尺寸分布的间隙/第二峰值。总的来说,我们发现岩石行星只在低粘度盘($α\lesssim 10^{-4}$)中形成。当$α\geq 10^{-3}$时,岩石天体不会超过火星质量。干卵石吸积最典型的结果是质量从火星到$\sim$ 4 M $_{\oplus}$的类地…
2020-10-06 astro-ph.EP
Why do M dwarfs have more transiting planets?
我们提出了一个行星形成方案来解释与开普勒发现的类太阳恒星相比,M矮星周围凌日行星的发生率升高。我们使用卵石漂移和吸积模型来模拟雪线内外行星核心的生长。雪线内部较小的鹅卵石大小延迟了超级地球的生长,允许外盘的巨型行星核心首先形成。当这些巨行星达到卵石隔离质量时,它们切断了卵石向内部圆盘的流动,并阻止了近距离超级地球的形成。我们将这个模型应用于质量在0.1和2太阳质量之间的恒星和初始盘质量的范围。我们发现,热的超级地球和冷的巨行星的质量是反相关的。在我们的模拟中,形成热超级地球的比例在低质量恒星周围更高,并且与开普勒的系外行星发生率相匹配。模拟形成冷巨行星的部分与径向速度调查的恒星质量相关性一致。卵石吸积假说的一个关键的可检验的预测是,超级地球的出现率应该再次下降,如特拉普斯特-1的亚恒星边界附近的M矮星。
2021-10-06 astro-ph.EP astro-ph.IM astro-ph.SR
Pebble Accretion
本文介绍行星形成的卵石吸积机制,阐述其框架核心参数、大卵石吸积行为及效率评估方式,对比其与星子吸积的差异,指出该机制在致密环中效率极高。
2024-12-11 astro-ph.EP
Tracing Pebble Drift History in Two Protoplanetary Disks with CO Enhancement
University of Wisconsin-Madison(威斯康星大学麦迪逊分校);University of Exeter(埃克塞特大学);University of Leeds(利兹大学);Massachusetts Institute of Technology(麻省理工学院);University of Virginia(弗吉尼亚大学);Boston University(波士顿大学);Harvard & Smithsonian(哈佛大学与史密森尼学会);University of Michigan(密歇根大学)
通过CO增强追踪两颗原行星盘中pebble漂移历史,发现中心峰值CO增强与当前模型预测不符,提出挥发性陷阱解释
2026-01-05 astro-ph.EP astro-ph.SR
Hints for icy pebble migration feeding an oxygen-rich chemistry in the inner planet-forming region of disks
我们提出了一个协同研究的原行星盘调查内部磁盘气体分子和大规模迁移的固体卵石之间的联系。该样本包括63个磁盘,其中有两种类型的测量:i)空间分辨磁盘图像揭示磁盘卵石(毫米厘米尘埃颗粒)的径向分布,从毫米观测ALMA或SMA,和ii)红外分子发射光谱与斯皮策观察。H2O与HCN、C2 H2和CO2的线通量比都与尘埃盘半径R $_{dust}$反相关,扩展了Najita等人(2013年)关于HCN/H2O和尘埃盘质量的先前结果。通过对所有分子共同的吸积光度的依赖进行归一化,只有H2O光度与盘半径保持可检测的反相关,这表明H2O和R $_{dust}$之间的关系最强。如果R $_{dust}$是由大规模的卵石漂移,如果分子光度跟踪内盘温暖气体的元素预算,这些结果可以很自然地解释与方案,其中内盘化学是由富氧冰卵石从外盘向内迁移的升华。反相关性也检测到所有的分子光度和红外指数n $_{13-30}$,这是敏感的内部磁盘尘埃腔的存在和大小之间。总的来说,这些关系表明,尘埃和气体演化之间的物理互连本地和跨磁盘尺度。我们讨论基本的预测,以测试这种解释和研究卵石漂移,内部磁盘耗尽,和行星形成物质的化学之间的相互作用。
2020-09-28 astro-ph.EP astro-ph.SR
Survival of ALMA Rings in the Absence of Pressure Maxima
最近的ALMA观测显示,大部分原行星盘包含(亚)毫米波长的明亮环。尘埃捕获引起的压力最大的气体盘是一个流行的解释,这些环。然而,目前还不清楚这种压力颠簸是否可以生存的光盘的进化时间尺度。在这项工作中,我们研究了另一种情况下,它只涉及在一个光滑的气体盘的灰尘气体相互作用。我们假设,ALMA环是一个密集的,cluerous中平面,积极形成星子的表现。团簇介质本身几乎不经历径向漂移,但团簇通过解体和垂直运输以及星子形成而失去质量。从种子环出发,数值求解输运方程,研究种子环的生存问题。通常,由于束组件的扩散,环向外移动。在没有压力支持的情况下,环以$\sim$ 40 $M_\oplus\,\mathrm{Myr}^{-1}$的速率泄漏材料,并且为了使环存活,它们必须从外部卵石质量储存器供给。在圆盘中卵石的尺寸恒定的情况下,环的形成和分散之间的循环出现。环产生大量的星子,这可能是行星形成的材料,并解释了大量的预算推断碎片盘。ALMA观测的模拟图像与DSHARP样本中的Elias 24和AS 209的环相比较。
2021-04-30 astro-ph.EP
Increased isolation mass for pebble accreting planetary cores in pressure maxima of protoplanetary discs
当行星核达到它的\textit{isolation mass}时,由于在气体中打开的间隙的外边缘出现的压力最大值,卵石吸积行星核的生长停止。这个最大压力捕获了向内漂移的卵石,阻止了固体在地核上的堆积。另一方面,大量的卵石($\sim 100M_\oplus$)应该流经核心的轨道,直到到达其隔离质量。如果核心生长在原行星盘的尘埃陷阱中,则卵石吸积的效率会增加。ALMA观测到的尘埃陷阱是环状结构,这表明在圆盘中存在全球压力最大值,也可以作为行星迁移陷阱。这项工作的目的是揭示多大的行星核心可以增长在这样的压力最大的卵石吸积。在我们的流体动力学模拟中,卵石被视为一个无压流体相互耦合的气体通过拖曳力。我们的研究结果表明,在全球压力最大的卵石隔离质量的行星核心是显着大于在光盘与幂律表面密度分布。孤立质量的增加缩短了巨行星的形成时间。
2021-03-01 astro-ph.EP
Hints of a Population of Solar System Analog Planets from ALMA
最近的ALMA DSHARP调查提供了关于行星形成盘亚结构多样性的启发性结果。这些亚结构的痕迹卵石大小的颗粒积累在当地的压力最大,可能是由于行星盘的相互作用或其他行星形成过程。DSHARP源严重偏向于大型和巨大的磁盘,这些磁盘只代表磁盘人口的高(尘埃通量)尾端。因此,目前还不清楚类似的亚结构和相应的物理过程是否也发生在大多数更暗,更紧凑的磁盘。在这里,我们探讨的存在和特点,在一个紧凑的磁盘GQ Lup A,其有效半径是1.5至10倍小于DSHARP磁盘的功能。本文分析了GQ Lup系统的ALMA 1.3mm连续观测资料。通过拟合连续谱的可见度分布,我们发现了在~ 10 Au处存在带隙的子结构。GQ Lup周围的致密盘显示出与DSHARP样品中相似的子结构,这表明捕获卵石大小的颗粒的机制也在小圆盘中起作用。在~ 10 au的特征,如果是由于一个隐藏的行星,是在土星距离行星形成的证据。我们的研究结果表明,在一个丰富的世界的子结构中确定的共同人口的光盘,随后人口的太阳系类似物在这些磁盘。这些研究对于理解大多数原行星盘的形成机制和行星种群是至关重要的。
2020-05-19 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.SR
The ALMA Survey of Gas Evolution of PROtoplanetary Disks (AGE-PRO): XI. Beam-corrected gas disk sizes from fitting 12CO moment zero maps
本研究提出波束卷积模型拟合方法,基于AGE-PRO项目20个原行星盘的12CO数据得到波束校正气尘尺寸比,发现年轻盘比值反而更高,对传统尘埃演化模型提出挑战。
2025-06-12 astro-ph.EP astro-ph.SR
Evidence of fast pebble growth near condensation fronts in the HL Tau protoplanetary disk
水和简单的有机分子冰在水雪线以外的可用于星子和行星形成的固体物质中占主导地位。在这里,我们分析ALMA长基线2.9,1.3和0.87毫米的连续图像的年轻恒星HL头,并建议观察到的排放下降是由于快速卵石周围的凝结丰富的挥发性物质的前增长。具体来说,我们表明,突出的最内倾角在13 AU的空间分辨的0.87毫米的图像,其中心半径是一致的预期中面凝结水冰前。此外,另外两个突出的倾角,在32和63 AU的距离,覆盖纯氨或氨水合物和笼形水合物(特别是与CO和N $_2$)从无定形水冰形成的中面冷凝前线。HL Tau在1.3和0.87 mm之间的光谱指数图显示,在凹陷内的流量比在统计上大于在磁盘中的附近区域的流量比。这种变化可以用一个有两个尘埃种群的模型来解释,其中大部分固体物质驻留在一个已经在倾角内增长到分米大小尺度的组件中。这种增长是符合最近的数值模拟挥发物凝结,粉尘凝结和沉降。
2015-05-05 astro-ph.EP astro-ph.SR
Building the Galilean moons system via pebble accretion and migration: A primordial resonant chain
伽利略卫星的起源-即木卫一,木卫二,木卫三和木卫四-还没有完全了解。在这里,我们使用N体数值模拟研究伽利略卫星的形成在木星周围的气体环行星盘。我们的模型包括卵石的增长,气体驱动的迁移,气体潮汐阻尼和阻力的影响。在我们的模拟中,小卫星首先通过卵石吸积生长,并开始向内迁移。当它们到达盘内边缘的陷阱时,发生散射事件和碰撞,促进额外的生长。成长中的卫星最终会达到一个多共振的结构,固定在圆盘的内边缘。我们最好的伽利略卫星的质量匹配是在模拟中产生的集成卵石通量是1 e-3兆焦耳。这些模拟通常产生3到5颗卫星。在我们最好的模拟中,相邻的卫星对都锁定在2:1的平均运动共振中。然而,它们也有适度的偏心轨道(0.1),不像目前的真正的卫星。我们认为伽利略卫星系统是一个原始的共振链,类似于TRAPPIST-1,开普勒-223和TOI-178等系外行星系统。木卫四可能在过去与木卫三共振,但离开了这个配置-没有打破拉普拉斯共振-通过发散迁移由于潮汐行星卫星相互作用。这些同样的影响进一步将这些卫星的轨道偏心率降低到目前的值(0.001)。我们的研究结果支持这一假设,木卫一和木卫二出生时富含水冰成分,后来失去了所有/大部分的水。对伽利略卫星原始组成的严格限制对于区分形成模型至关重要。
2021-04-06 astro-ph.EP astro-ph.SR
Compact pebbles and the evolution of volatiles in the interstellar comet 2I/Borisov
星际旅行者,2I/鲍里索夫,是第一个明显活跃的太阳系外彗星,在我们的太阳系发现。我们获得了高分辨率干涉观测2I/鲍里索夫与阿塔卡马大型毫米/亚毫米阵列(ALMA),和多色光学观测与甚大望远镜(VLT),以获得全面了解这颗彗星的尘埃特性。我们发现2I/Borisov的尘埃彗发由半径超过~1 mm的致密"卵石"组成,这表明尘埃颗粒在原行星盘的弹跳碰撞阶段通过相互碰撞而经历了压实。我们得出的粉尘质量损失率>= 200 kg/s,尘气比>= 3。我们的长期监测2I/鲍里索夫与VLT表明,稳定的尘埃质量损失,没有显着的尘埃碎片和/或升华发生在昏迷。我们还用ALMA检测了来自一氧化碳气体(CO)的排放物,并推导出气体产生速率Q(CO)(3.3 +/-0.8 x10 ^{26}摩尔/秒)。我们发现2I/Borisov的CO/H $_2$ O混合比在近日点前后发生了剧烈的变化,表明彗核的不均匀性,在挥发性雪线以外的不同位置形成了不同化学丰度的组分。我们的观察表明,2I/鲍里索夫的家乡系统,很像我们自己的系统,经历了有效的径向混合从最里面的部分,其原行星盘超越霜线的CO。
2021-04-28 astro-ph.EP
The growth of super-Earths: the importance of a self-consistent treatment of disc structures and pebble accretion
原行星盘的条件是各种行星形成机制的决定因素。我们提出了一个框架,它结合了自洽盘结构的行星胚胎通过卵石吸积的增长率的计算,以研究超级地球的形成。我们首先进行2D流体动力学模拟的内部光盘,考虑与多个化学物种和其相应的大小和组成依赖的不透明度的粒度分布。由此产生的长宽比几乎随轨道距离而恒定,从而产生径向恒定的卵石隔离质量,即卵石吸积停止的质量。这支持了开普勒观测中的“豆荚中的豌豆”约束。导出的卵石尺寸被用来计算行星胚胎通过卵石吸积的增长率。具有低湍流水平(通过$α$ -粘度表示)和/或高粉尘破碎速度的圆盘允许较大的颗粒,因此导致较小的卵石隔离质量,反之亦然。与此同时,小卵石尺寸导致低吸积率。我们发现,有一个卵石隔离质量和增长的时间尺度之间的权衡与最佳的一组参数是一个$α$ -粘度的$10^{-3}$和尘埃破碎速度为10米/秒,主要是为初始气体表面密度(在1 AU)大于1000 $\rm{g/cm^2}$。因此,圆盘结构和卵石大小之间的自洽处理对于行星形成模拟至关重要。
2021-03-22 astro-ph.EP
Planet formation inside proto-giants: First 3D simulations
对原行星盘引力不稳定性形成的气体团内部的卵石动力学进行了数值模拟。我们发现,尘埃介导的瑞利-泰勒不稳定性运输卵石向内迅速通过密集的金属丰富的“手指”。这使小卵石的沉积速度加快了两个数量级,但并不妨碍颗粒生长,因为只要斯托克斯数小于1,所有尺寸的颗粒都以相同的集体速度沉积。在模拟中,如果卵石的大小超过几厘米,固体行星核心就会形成。卵石生长导致核心形成在一些数百年,即使卵石注入到团块是毫米或更小的尺寸。气体团的性质决定了可以形成什么样的核心。低中心温度的团块允许由耐火材料形成固体芯,而在最高温度的团块中,任何成分的卵石都被蒸发,只形成模糊的芯。这些结果证实了原行星盘的引力不稳定性是孵化从地球到海王星质量的核心的强大机制,以及具有大质量核心的气体巨星,固体或模糊。这种行星形成的模式对于太年轻和遥远(如ALMA观测到的HL Tau盘)或太剧烈(如环联行星)的环境特别有希望通过核心吸积方案形成。
2018-08-15 astro-ph.EP
Architecture of planetary systems predicted from protoplanetary disks observed with ALMA I: mass of the possible planets embedded in the dust gap
最近的ALMA观测已经在原行星盘中发现了各种各样的尘埃间隙,这些尘埃间隙通常被解释为是由未观测到的行星产生的。预测这种嵌入式行星的质量对于将这些磁盘结构与观察到的系外行星多样性进行比较至关重要。然而,这种预测依赖于这样的假设,即相同的间隙结构是单独存在于粉尘组分中还是也存在于气体组分中。我们假设一颗行星只有在其质量超过卵石隔离质量时才能在气体成分中打开一个缺口,考虑核心吸积的情况。然后,我们提出了两个标准来区分,如果一个间隙是单独在尘埃盘或气体间隙,以及当气体剖面的观测数据不可用。我们应用的标准,35磁盘系统,共55个缺口编制从以前的研究,并将每个缺口分为四个不同的组。对观测到的间隙进行分类,使我们能够以与卵石隔离质量一致的方式预测嵌入式行星的质量。我们发现,外部的差距主要是灰尘单独,而内部的差距更有可能是与气体的差距以及。这种嵌入式行星的分布与观测到的行星系的结构非常不同,这表明在它们的演化过程中需要显著的向内迁移。
2021-10-31 astro-ph.EP
Long Baseline Observations of the HD100546 Protoplanetary Disk with ALMA
使用阿塔卡马大型毫米/亚毫米阵列(ALMA),我们观察到年轻的赫比格恒星HD 100546,它拥有一个突出的圆盘,在尘埃中有一个深而宽的缝隙。高分辨率的1.3毫米连续观测揭示了精细的径向和方位角的子结构的形式,一个复杂的迷宫的脊和沟槽雕刻的尘埃环。$^{12}$ CO(2-1)通道图由偏离开普勒运动学的摆动或扭结调制,特别是在连续环上,其中偏差在方位角上跨越90 $^\circ$,覆盖5 km/s $^{-1}$。最明显的摆动类似于嵌入式大质量行星的印记,至少5 M $_{\rm Jup}$从以前的流体动力学模拟中预测(Perez,Casassus和Benitez-Llambay 2018)。这样的行星预计会在几个轨道时间尺度内在气体和尘埃密度场中打开一个很深的缺口,然而运动学上的摆动位于连续体中的脊附近。在$^{13}$ CO和C $^{18}$ O同位素的摆动强度较小,表明在较低的磁盘高度的运动学签名减弱,并定性地表明,这是由于在磁盘表面的垂直流动。在间隙内,速度场通过位置角的扭曲从开普勒转变为强烈的非开普勒,表明存在另一个扰动和/或内部翘曲。我们还提出了VLT/SPHERE稀疏孔径掩模数据恢复散射光发射的差距的边缘,但没有证据表明在差距内的信号,放弃了恒星二进制的起源,其开放。
2020-01-16 astro-ph.EP astro-ph.SR
Molecules with ALMA at Planet-forming Scales (MAPS). VII. Sub-stellar O/H and C/H and super-stellar C/O in planet feeding gas
原行星盘中气体和尘埃的元素组成影响着形成于其中的行星的组成,我们利用分子与行星形成尺度的ALMA(MAPS)数据来约束潜在形成行星位置的气体元素组成。元素丰度推断源特定的气体颗粒热化学模型进行比较,可变的C/O比和小颗粒丰度,从DALI代码与CO和C2 H柱密度来自高分辨率的观测磁盘AS 209,HD 163296,和MWC 480。升高的C/O比(~2.0),即使在CO冰线,是必要的,以配合推断的C2 H柱密度,在大多数卵石盘。结合这些系统中CO丰度的限制,这意味着气体中的O/H和C/H比都是亚恒星的4-10倍,O/H消耗了20-50倍,导致高C/O比。这使得即使在CO冰线内,大部分挥发性碳和氧仍然被捕获在中平面的颗粒上。因此,在AS 209、HD 163296和MWC 480盘的间隙中吸积气体的行星在到达卵石隔离质量后将获得非常少的碳和氧。在没有大气富集事件的情况下,这些行星将因此具有强烈的亚恒星O/H和C/H以及超恒星C/O大气成分。
2021-09-16 astro-ph.EP astro-ph.SR
Hydrodynamical turbulence in eccentric circumbinary discs and its impact on the in situ formation of circumbinary planets
偏心气体圆盘不稳定的参数不稳定性,涉及惯性重力波和偏心模式之间的共振相互作用的磁盘。我们提出了3D全球流体动力学模拟的无粘circumbinary光盘,形成一个内腔,并成为偏心通过与中央二进制的相互作用。参数不稳定性增长并产生湍流,该湍流以距离$\lesssim 7 \;a_{bin} $的应力参数$α\sim 5 \times 10^{-3}$传输角动量,其中$a_{bin}$是二元半长轴。垂直湍流扩散以对应于$α_{diff}\sim 1-2\times 10^{-3}$的速率发生。我们研究的影响,湍流扩散的垂直沉降的卵石,卵石吸积嵌入行星的速度。在稳定状态下,具有斯托克斯数${\it St} \lesssim 0.1$的尘埃粒子形成有限厚度的层$H_d \gtrsim 0.1 H$,其中$H$是气体标度高度。与层流圆盘中的速率相比,卵石吸积效率则降低一个因子$r_{acc}/H_d$,其中$r_{acc}$是吸积半径。对于吸积核心质量与$m_p \lesssim 0.1\; M_\oplus$,卵石吸积颗粒与${\it St} \gtrsim 0.5$也减少,因为速度踢诱导的湍流。这些效应结合在一起,使得谷神星质量的物体成长为卵石隔离质量所需的时间,当显著的气体吸积可能发生时,比典型的圆盘寿命更长。因此,开普勒任务所发现的靠近中央双星系统的环双星行星的起源,很难用一个结合了流…
2020-05-29 astro-ph.EP astro-ph.SR
Influences of protoplanet-induced three-dimensional gas flow on pebble accretion $\rm\,I\hspace{-.1em}I\,$. Headwind regime
卵石吸积是行星形成的主要理论之一。空气动力学上的小颗粒,称为卵石,受到气流的高度影响。一颗生长在原行星盘中的行星会产生三维气体流。在我们以前的研究中,论文一,我们专注于剪切机制的卵石吸积,并探讨了行星诱导的气体流对卵石吸积的影响。在论文I中,我们发现,卵石吸积是低效的行星诱导的气体流相比,在未扰动流,特别是当${\rm St}\lesssim10^{-3}$,其中St是斯托克斯数。在论文I之后,我们研究了行星引起的气流对卵石吸积的影响。我们考虑气体的逆风,这在论文I中没有包括。在这项研究中,我们将我们的研究扩展到逆风区的卵石吸积。假设一个非等温的,无粘的亚开普勒气体盘,我们进行三维流体动力学模拟的球形极网格,其中有一个行星的无量纲质量,$m=R_{\rm Bondi}/H$,位于其中心,其中$R_{\rm Bondi}$和$H$是邦迪半径和磁盘尺度高度。然后,我们数值积分的运动方程的卵石在三维流体动力学模拟数据。结合我们的结果与空间变化的湍流强度和卵石的大小在一个磁盘,我们得出的结论是,行星诱导的气体流仍然允许卵石吸积在早期阶段的行星形成。由于行星引起的气体流对卵石吸积的抑制只发生在行星形成的后期,特别是在盘的内部区域。这可能有助于解释系外行星的分布和太阳系的结构,两者都有小的内部和大的外部行星。
2020-09-15 astro-ph.EP
Inside-Out Planet Formation
开普勒发现的多凌星行星系统对行星形成理论提出了挑战。有人建议,从具有径向质量表面密度$Σ$的盘就地形成,其轮廓类似于最小质量太阳星云(MMSN),但通过因子$\gtrsim 10$在标准化中得到增强。我们建议,一个更自然的方式来创建这些行星的内盘是形成顺序从内到外,通过创建连续的重力不稳定的环喂从一个连续的小流(~厘米-米大小)“卵石”,漂移通过气体阻力向内。卵石在与从磁旋转不稳定性(MRI)非活动(“死区”)区域到内部MRI活动区域的过渡相关联的最大压力下收集。一个卵石环逐渐形成,直到它变得引力不稳定,直接形成一颗$\sim 1\ M_\oplus$行星,或者通过核心吸积逐渐形成行星形成。这颗行星可能会经历I型迁移,进入活跃区,从而形成新的卵石环和行星。或者,如果迁移效率低,行星可能会继续从盘中吸积,直到它变得足够大,将自己从吸积流中隔离出来。不同的密度可能会导致取决于相对重要性的残余气体吸积的行星接近其孤立的质量。这个过程可以重复,新的卵石环聚集在新的压力最大值与后退死区边界。我们对这种由内而外的行星形成的简单分析模型产生了行星质量,相对质量与轨道半径的比例关系,以及与开普勒所看到的最小轨道间隔一致的最小轨道间隔。它从典型的原行星盘属性出发,解释了大质量行星如何形成紧密排列和排列良好的系统架构。
2013-10-30 astro-ph.EP
An ALMA Dynamical Mass Estimate of the Proposed Planetary-mass Companion FW Tau C
对行星质量体系的动力学质量估计有助于理解行星形成。我们提出了阿塔卡马大型毫米/亚毫米阵列(ALMA)的FW Tau C,一个建议的~10 $M_{\rm Jup}$行星质量的同伴在~330 au的主机二进制FW Tau AB的1.3毫米观测。我们对FW Tau C在${}^{12}$ CO(2-1)中的吸积盘进行了空间和光谱分辨.通过模拟气体的开普勒旋转,我们得到了~0.1 $M_\odot$的动力学质量。因此,FW Tau C不太可能是一颗行星,而是一颗具有高度倾斜盘的低质量恒星。这也表明FW Tau是一个由三颗~0.1 $M_\odot$星组成的三重系统。
2017-08-27 astro-ph.EP astro-ph.SR
Eccentricity driving of pebble accreting low-mass planets
通过高分辨率的流体动力学,三维计算与嵌套网格,我们评估的偏心率达到了低质量,发光的行星嵌入在一个无粘盘恒定的热扩散率和热力。我们发现,一个细胞的大小,最多十分之一的区域加热的行星的大小是需要得到收敛的结果。当行星的光度是超临界时,我们发现它达到了$10^{-2}$ -$10^{-1}$级的离心率,它随着光度的增加而增加,并与圆盘的长宽比大致成比例。限制我们的研究的情况下,卵石吸积,我们将我们的模型的吸积率的依赖卵石的偏心率。因此,在离心率和光度之间存在反馈,离心率决定了吸积率,从而决定了行星的光度,而光度则通过热力学获得离心率。我们解决了稳定状态的偏心率和研究这个量如何取决于光盘的湍流强度参数$α_z$,无量纲停止时间的卵石$τ_s$,向内的质量通量的卵石和逆风(气体速度和开普勒速度之间的差异)。我们发现,在一般情况下,低质量的行星(几个地球质量)达到偏心率相当于光盘的纵横比,或后者的一个相当大的部分。因此,偏心的低质量原行星应该是正常的,而不是例外,即使它们的轨道远离其他行星或圆盘中的大规模扰动。
2021-11-22 astro-ph.EP
Kinematics and brightness temperatures of transition discs -- A survey of gas substructures as seen with ALMA
近年来,对星周盘中尘埃和气体的高角分辨率观测揭示了各种形态,自然引发了这些子结构是否由形成行星驱动的问题。虽然直接对嵌入的行星进行成像仍然很困难,但一种有希望区分盘形机制的方法是研究气体运动学,因为开普勒旋转的特征偏差可以用来探测潜在的扰动,如行星。产生螺旋结构,后者也可以在亮度温度中追踪。在这里,我们分析的亮度温度和运动学的一个样本的36个过渡盘观察ALMA寻找子结构可能跟踪同伴。我们使用档案波段6和7不同的CO同位素观测和适合开普勒光盘模型的速度场。从数据中减去一个方位平均的亮度温度和开普勒旋转模型后,我们发现在8个源的两个残差显着的子结构。其他来源显示了初步的特征,而我们的样本中有一半没有显示任何可能表明行星盘相互作用的子结构。这是第一次,我们将分析中的子结构与其他各种行星指标进行比较。大约20%的盘显示出强烈的特征,如弧形或螺旋形,可能与行星的存在有关,而大多数盘并没有明显的行星驱动特征。几乎所有在近红外散射光中显示螺旋的光盘在CO数据中至少显示出试探性的特征。目前的数据只能揭示非常巨大的天体,缺乏特征可能表明,如果有行星,它们的质量较低(<1- 3 Mj)或位于更靠近恒星的深洞内。需要专门的观测和建模工作来确认这些情景。
2022-08-19 astro-ph.EP astro-ph.SR
Disk structure around the Class I protostar L1489 IRS revealed by ALMA: a warped disk system
我们用阿塔卡马毫米/亚毫米波阵列(ALMA)在波段6观测了I类原恒星L1489 IRS。C $^{18}$ O $J=$ 2-1谱线发射显示出与其由于旋转而产生的速度梯度方向相同的平坦和非轴对称结构。我们发现C $^{18}$ O发射在~200-300 Au半径处出现下降,而1.3 mm的连续发射则平滑地延伸到~400 Au。在C $^{18}$ O倾角的半径处,外部的旋转轴似乎与内部组件的旋转轴倾斜约15度。在r~600 au之前,相对于C $r^{-0.5}$倾角的内、外分量都表现出$r^{-0.5}$开普勒自转轮廓。这些结果不仅表明开普勒盘延伸到~600 au,而且还表明该盘是翘曲的。我们构造了一个以开普勒速度旋转的三维翘曲盘模型,并证明了翘曲盘模型再现了速度通道图和PV图中的主要观测特征。这样一个扭曲的盘系统可以通过质量吸积从一个错位的信封形成。我们还讨论了一个可能的磁盘演化方案的基础上比较磁盘的半径和质量之间的I类和II类源。
2020-03-16 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.SR
Gas Pressure Driven Screening Forces and Pebble Aggregation: A Pathway for Growth in Planet Formation
本文提出气体屏蔽力机制,解释原行星盘中厘米级卵石如何克服碎裂与径向漂移障碍,在约10^5年内从厘米生长至千米尺度,并自然终止以避免失控吸积。
2025-07-03 astro-ph.EP astro-ph.HE physics.class-ph
An ALMA Survey of Chemistry in Disks around M4-M5 Stars
M星是银河系中最常见的行星系统宿主。因此,M星周围的原行星盘为研究行星形成环境的化学提供了一个绝佳的机会。我们对M4-M5恒星周围的5个原行星盘样本(FP Tau、J 0432 +1827、J1100-7619、J1545-3417和Sz 69)进行了分子谱线发射的ALMA测量。这些观测可以分辨出几十个AU的化学结构。在所有5个圆盘上检测到分子系$^{12}$ CO、$^{13}$ CO、C $^{18}$ O、C $_2$ H和HCN。H $_2$ CO和DCN的线分别朝向2/5和1/5圆盘检测。对于具有分辨的C $^{18}$ O、C $_2$ H、HCN和H $_2$ CO发射的磁盘,我们观察到与之前在太阳型恒星周围的磁盘中发现的子结构相似(例如,环、孔和平台)。C $_2$ H和HCN激发条件估计内部的卵石盘边缘的明亮磁盘J1100-7619是一致的,与以前的测量周围的太阳型恒星。以前发现的太阳型盘的C $_2$ H和HCN通量之间的相关性延伸到我们的M4-M5盘样品,但典型的C $_2$ H/HCN比率对于M4-M5盘样品更高。后一个发现让人想起了碳氢化合物的增强以前的观测红外线调查中发现的最内($<$ 10 AU)地区的M-星盘,这是有趣的,因为我们的磁盘平均流量的影响很大,在最外层磁盘的流量水平,外部的卵石盘边缘。总的来说,在10- 100天文单位的位置上,大多数可观…
2021-05-10 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.SR
ALMA Observations of Proper Motions of the Dust Clumps in the Protoplanetary Disk MWC 758
本研究利用ALMA在2017和2021年的观测数据,分析了MWC 758原行星盘中两个尘埃团块的自行运动,发现其呈现非开普勒运动,推测这是尘埃团块与盘内旋臂相互作用导致密度分布变化所致。
2024-10-15 astro-ph.EP
Dust evolution in protoplanetary disks
本综述梳理原行星盘尘埃增长、压力陷阱与连续谱观测进展,讨论盘尘埃质量、族群趋势及其偏差,并与系外行星统计相联系。
2024-01-25 astro-ph.EP astro-ph.SR
On the origin of transition disk cavities: Pebble-accreting protoplanets vs Super-Jupiters
研究低质量行星通过卵石吸积形成过渡盘尘埃空腔的机制,提出含行星过渡盘可分为气态巨行星开缝和海王星吸积卵石两类,其环形态差异可用 ALMA 观测区分。
2024-10-03 astro-ph.EP
Kinematical Constraint on Eccentricity in the Protoplanetary Disk MWC 758 with ALMA
我们分析了由阿塔卡马大型毫米/亚毫米阵列获得的MWC 758周围原行星盘中$^{13}\mathrm{CO}$和$\mathrm{C}^{18}\mathrm{O}$ $J=3-2$发射谱线的存档数据,以讨论可能的行星盘相互作用和盘中的非开普勒运动。我们对观测数据进行了开普勒圆盘模型的拟合,并测量了开普勒旋转的速度偏差。我们发现在MWC 758磁盘的内腔周围的显着的速度偏差。我们研究了可能导致速度偏差的几种可能性,如压力梯度,发射层的高度,下落运动,内部翘曲,和偏心的磁盘。我们发现,偏心轨道运动与偏心率的$0.1\pm0.04$在内腔的半径和下落流的组合最好地解释了所观察到的速度偏差。我们的运动学约束的气体轨道运动靠近内腔的偏心率是一致的,在亚毫米连续发射测量的内腔周围的尘埃环的偏心率。我们的研究结果暗示了在MWC 758盘的内腔周围存在强烈的尘埃-气体耦合,并且在内腔内存在气体巨行星。
2022-09-26 astro-ph.EP
Instabilities and Flow Structures in Protoplanetary Disks: Setting the Stage for Planetesimal Formation
本章重点介绍了原行星盘中湍流和中尺度流动结构的性质及其在行星形成过程中的作用。在这里,我们专注于卵石云的引力坍缩形成的星子。大规模和长寿命的流结构-涡和带状流-是弱磁和流体动力学不稳定性的压力和熵分层准开普勒剪切流与磁盘的快速旋转相互作用的结果。另一方面,涡旋和纬向流是进入圆盘径向卵石通量的粒子陷阱,导致局部足够的积聚以触发引力坍缩,直接将卵石转化为许多公里大小的微行星。这种崩溃是缓和的流动的不稳定性,这是一个反反应,从颗粒积聚到气流。在没有捕获卵石并因此增加局部固气比的情况下,这种反反应最终将通过湍流扩散阻止行星的形成。因此,长寿命的流动结构的形成是一个必要的条件,一个有效的和快速形成的星子。
2018-12-04 astro-ph.EP
Centrifugal Barrier and Super-Keplerian Rotation in Protostellar Disk Formation
随着ALMA的出现,现在有可能在观测上限制深埋原恒星周围的盘状结构。特别是,最近ALMA对附近原恒星L1527的C3H2线观测被解释为所谓的“离心屏障”的证据,在超开普勒旋转区域中,原恒星的包层下降逐渐减速到停止。为了测试离心屏障的概念,这最初是基于角动量守恒崩溃的旋转测试粒子周围一个固定的质点,我们进行了简单的轴对称流体动力学模拟原恒星盘的形成,包括一组最小的成分:自引力,旋转,和规定的粘度,使磁盘吸积。我们发现,一个超开普勒区域确实可以存在时,粘度是相对较大的,但与经典的离心屏障的图片,降落信封材料不减速完全由离心力。该区域比其周围的包层物质具有更特定的角动量,这指向了盘中向外角动量传输的原点(受到下落包层的盘膨胀的约束),而不是经典图片中所设想的包层物质的自旋,因为它更接近中心以保持角动量。对于较小的粘度,超开普勒旋转较弱或不存在。我们的结论是,尽管存在超开普勒旋转在某些参数制度,离心屏障的经典图片是不支持我们的模拟。
2022-07-07 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.SR
An Increase in Small-planet Occurrence with Metallicity for Late-type Dwarf Stars in the Kepler Field and Its Implications for Planet Formation
虽然巨行星的出现率随着主星金属丰度的增加而迅速上升,但目前还不清楚晚型矮星周围的小行星是否取决于主星的金属丰度。使用开普勒数据发布25行星候选名单及其完整性数据产品,我们探索行星的出现作为开普勒领域的晚型矮星恒星星族的金属丰度的函数。我们发现,行星的出现增加与金属丰度的所有行星半径$R_{\mathrm{p}}$下降到至少$R_{\mathrm{p}}\approx2~R_{\oplus}$和范围内的$2~R_{\oplus}\lesssim R_{\mathrm{p}}\lesssim 5~R_{\oplus}$行星出现尺度与金属丰度线性$Z$。外推我们的结果,我们预测,短周期行星与$R_{\mathrm{p}}\lesssim 2~R_{\oplus}$应该是罕见的早期M矮星与$\mathrm{[M/H]}\lesssim-0.5$或晚M矮星与$\mathrm{[M/H]}\lesssim+0.0$。这种依赖性的行星发生在开普勒领域中观察到的金属量强调需要控制金属量的估计行星发生的晚型矮星,如开普勒的K2扩展和凌日系外行星调查卫星(TESS)的目标。我们证实了理论预期的小行星出现-宿主恒星金属丰度关系是强的低质量恒星比太阳型恒星。我们确定,在开普勒场中晚型矮星周围行星的预期固体质量与它们的原行星盘中形成行星的固体总量相当。我们认为,这种高效率的行星形成有利于小行星吸积卵石吸积作…
2020-09-14 astro-ph.EP astro-ph.SR
Rapid protoplanet formation in vortices: three-dimensional local simulations with selfgravity
本研究通过高分辨率三维局部模拟发现,原行星盘涡旋中捕获的卵石云会发生引力坍缩,快速形成月球至火星质量的原行星,其质量在约5个轨道周期内翻倍。
2024-06-25 astro-ph.EP
Kinematical signs of dust trapping and feedback in a local pressure bump in the protoplanetary disk around HD 142527 revealed with ALMA
我们分析了阿塔卡马大型毫米/亚毫米阵列获得的HD 142527周围原行星盘中3至0.4 mm六个波长的连续辐射和13 CO和C18 O(1-0,2-1和3-2)线的档案数据。利用灰体平板模型对6个波段的光谱能量分布进行拟合,估算了尘埃表面密度和尘埃吸收系数β的光谱指数分布。我们还通过拟合C18 O光谱估计了气柱密度的分布,并通过将开普勒圆盘模型拟合到C18 O数据来测量圆盘旋转。我们在HD 142527星盘西北部的尘埃环内部和外部发现了超开普勒和次开普勒旋转,这表明存在局部压力隆起。与我们估计的尘埃和气体分布相比,压力凸起的位置与尘埃密度比盘中平均值高三倍、气尘质量比低三倍的区域一致,表明尘埃被困在压力凸起中。然而,我们推导的β分布和压力冲击的位置之间没有相关性。此外,我们发现防尘环的宽度与压力凸起的宽度相当或大于压力凸起的宽度,这可能表明灰尘反馈在压力凸起中是显著的。
2020-10-27 astro-ph.EP astro-ph.SR
Grain-size measurements in protoplanetary disks indicate fragile pebbles and low turbulence
本研究通过原行星盘颗粒尺寸分布,提出模型约束盘中湍流,发现低碎裂速度导致低湍流系数,卵石易碎,与实验室结果一致。
2023-11-13 astro-ph.EP
How Flow Isolation May Set the Mass Scale for Super-Earth Planets
最近许多关于行星形成的研究都集中在通过颗粒的吸积来生长行星上,这些颗粒的空气动力学特性使它们与星云气体的耦合程度很低,这一理论通常被称为“卵石吸积”。虽然卵石吸积可以改善一些纯粹由引力过程引起的增长问题,但与对系外行星系统的观测相比,它还有其他问题。一个特别值得关注的问题是,绝大多数行星最终会成长为“超级地球”或“次海王星”,质量在2-10 $M_\oplus$之间。一旦行星达到这个质量尺度,通过卵石吸积生长的时间尺度是如此之快,以至于在这里普遍结束生长是困难的。在这项工作中,我们强调了这个问题,详细使用我们以前发表的卵石吸积模型,并提出了一个可能的解决方案:增长的行星的大气和气体盘之间的反馈抑制吸积较小的颗粒大小,迫使他们周围流动的增长的行星,而不是被吸积。对于合理的基准盘参数,一旦行星达到超地球质量,这种“流动隔离”将抑制所有可用颗粒尺寸的吸积。我们还表明,这种“流动隔离质量”的特点同意以前发表的\textit{Kepler}行星中确定的趋势。
2020-08-19 astro-ph.EP
JWST reveals excess cool water near the snowline in compact disks, consistent with pebble drift
本研究利用JWST-MIRI光谱对比致密盘和大盘,发现致密盘在雪线附近存在过量冷水发射,支持卵石漂移导致内盘水富集的假说。
2023-09-03 astro-ph.EP
Observational evidence for a possible link between PAH emission and dust trap locations in protoplanetary disks
Leiden University(莱顿大学);Delft University of Technology(代尔夫特理工大学);University of Bern(伯尔尼大学);University College London(伦敦大学学院)
研究发现原行星盘中PAH发射强度与尘埃陷阱位置存在强相关性,表明PAHs可能在碎石上冻结并受尘埃运输影响。
2025-11-10 astro-ph.EP
An ALMA Disk Mass for the Candidate Protoplanetary Companion to FW Tau
我们目前ALMA观测FW Tau系统,一个密切的二元对M5恒星与宽轨道(300 AU投影分离)的亚恒星同伴。这颗伴星在光学和近红外波段非常微弱,呈红色,但拥有微弱的远红外过量和光学/近红外发射谱线,表明它是一个由气体和尘埃组成的原始吸积盘。成分分辨的1.3毫米连续辐射被发现只与伴星有关,其通量(1.78 +/- 0.03 mJy)表明尘埃质量为1-2 M_Earth。虽然这个质量库不足以形成一颗巨大的行星,但它足以产生一个类似于开普勒-42系外行星系统或伽利略卫星的系统。带着圆盘的FW Tau伴星的质量和几何形状仍然不清楚。近红外光谱显示深水带,表明比M5晚的光谱型,但大量的遮蔽阻止了有效温度(因此质量)的更准确测定。无论是在直射光下看到的一个带有“行星质量”的伴星,还是在边缘上的圆盘或封套散射的光下看到的一个棕矮星,都仍然是可能的。
2014-12-05 astro-ph.EP astro-ph.SR
Molecules with ALMA at Planet-forming Scales (MAPS XVIII): Kinematic Substructures in the Disks of HD 163296 and MWC 480
我们探索的动力学结构的原行星盘周围的HD 163296和MWC 480的分子与ALMA在行星形成尺度(MAPS)大型计划的一部分。使用$J = 2-1$转换的$^{12}$ CO,$^{13}$ CO和C $^{18}$ O的空间分辨率为$\sim 0.^{\prime \prime}15$和$200$ ${\rm m\,s^{-1}}$的通道间距成像,我们发现扰动从开普勒旋转的投影速度场的两个磁盘($\lesssim\!5\%$的本地开普勒速度),暗示大规模(10秒的au大小),相干流。通过考虑速度场投影的方位依赖性,将速度场分解为方位平均正交分量$v_ϕ$、$v_r$和$v_z$。使用光学厚的$^{12}$ CO排放作为探针的气体温度,局部变化的$\approx\! 3$ K($\approx\! 5 \%$相对变化)进行了观察,发现与运动学亚结构。MWC 480磁盘托管一套紧密缠绕的螺旋臂。螺旋臂,结合气体速度结构中的高度局部扰动(行星运动学特征),表明这是一颗巨大的行星,$\sim\! 1$ $M_{\rm Jup}$,半径为$\approx 245$ au。在HD 163296的盘中,运动学子结构与Pinte等人(2018 a)和Teague等人(2018 a)先前的研究一致,主张盘中嵌入多颗$\sim\! 1$ $M_{\rm Jup}$行星。这些结果表明,表征盘的动力…
2021-09-20 astro-ph.EP astro-ph.SR
Self-Stirring of Debris Discs by Planetesimals Formed by Pebble Concentration
当原行星盘失去气体时,它会留下行星和一个或多个星子带。这些带受到行星(“行星搅动”)或嵌入的大星子(“自搅动”)的动态激发。微行星之间的碰撞变得具有破坏性,并开始产生尘埃,形成一个可观察到的碎片盘。根据Kenyon & Bromley(2008)的说法,通常认为自搅拌在第一个约1000公里大小的嵌入式“冥王星”形成后就开始运作。然而,最先进的卵石浓度模型有力地预测了大小在几公里到200公里之间的微行星在原行星盘中迅速形成,然后慢慢成长为冥王星大小的天体。我们表明,这些星子激发光盘足够的碎片的时间尺度,是短于冥王星的形成时间尺度。使用基于Ida & Makino(1993)理论的分析模型,并以数值积分为支持,我们发现激发时标为$T_{\rm excite} \approx 100 x_{\rm m}^{-1} M_*^{-3/2} a^3$ Myr,其中$x_{\rm m}$是原行星盘祖星的总质量,单位为最小质量太阳星云,$a$是其半径,单位为100 AU,$M_*$是恒星质量,单位为太阳质量。这些结果适用于一组23碎片光盘已很好地解决了ALMA或SMA。我们发现,这些光盘的大多数是一致的自搅拌。然而,围绕着年轻早期恒星的三个大圆盘确实需要行星作为搅拌器。它们是Cet 49,HD 95086和HR 8799,其中后两个已经知道有行星。
2018-07-11 astro-ph.EP
First Steps of Planet Formation Around Very Low Mass Stars and Brown Dwarfs
褐矮星和质量非常低的恒星是我们银河系中恒星的重要组成部分,它们是研究低温和低密度极端条件下行星形成的有趣实验室。此外,尘埃粒子的径向漂移预计将是一个更困难的障碍,以克服在这些磁盘的行星形成的第一步。ALMA对BD和VLMS周围的少数原行星盘进行了高角分辨率观测,观测结果显示了类太阳恒星周围的亚结构。这样的观测表明,嵌入在盘中的巨行星是观测到的子结构最有可能的起源。然而,这种类型的行星只占到目前为止所有恒星周围已确认的系外行星的不到2%,并且它们很难通过不同的核心吸积模型(卵石或星子吸积)形成。使用ALMA和JWST对BD和VLMS周围的磁盘进行专门的深入观察将在理解这些对象的主要属性方面取得重大进展(例如,盘的大小和质量),这对于确定这些盘演化的物理机制以及对可能在这些环境中形成的潜在行星的影响至关重要。
2022-10-12 astro-ph.EP astro-ph.SR
An Overview of Inside-Out Planet Formation
开普勒发现的具有紧密排列的内行星(STIP)的系统,通常具有几颗地球到超级地球质量的行星,在对齐的亚AU轨道上,可能拥有银河系中最常见的行星类型,包括可居住的行星。它们对行星形成理论提出了巨大的挑战,这些理论分为两大类:(1)进一步向外形成,然后向内迁移;(2)原位形成,在原行星盘的内部区域。我们回顾了这些类的优点和缺点,然后集中在一个新的理论,顺序原位形成从内到外通过创建连续的重力不稳定环喂从一个连续的小流(~厘米-米大小)“卵石”,通过气体阻力向内漂移。卵石首先聚集在与从磁旋转不稳定性(MRI)非活动(“死区”)区域到内部MRI活动区域的过渡相关联的压力阱处。一个卵石环逐渐形成,并开始主导圆盘的局部质量表面密度,并产生一颗行星。这颗行星继续增长,最有可能是通过卵石吸积,直到它变得足够大,通过间隙开口将自己与吸积流隔离开来。这降低了行星附近的局部气体密度,导致电离增强和死区内边界的撤退。这一过程重复进行,新的卵石环聚集在与该边界相关的新的压力最大值处。我们讨论了理论的预测行星质量,相对质量缩放与轨道半径,最小轨道分离,并与观测系统的比较。最后,我们讨论了开放的问题,包括行星系结构多样性的潜在原因,即,STIPs与太阳系类似物。
2015-10-22 astro-ph.EP
An ALMA Survey for Disks Orbiting Low-Mass Stars in the TW Hya Association
我们已经进行了ALMA调查的15个确认或候选的低质量(<0.2 M $_\odot$)的TW Hya协会(TWA)的成员,以检测分子气体的CO排放的形式,以及由于冷尘埃连续排放提供限制的目标。我们的目标具有M4-L0的光谱类型,因此代表TWA质量函数的极低端。我们的ALMA调查已经在4个系统(TWA 30 B,32,33和34)周围探测到1.3毫米连续辐射,表明存在冷尘埃颗粒。所有的连续源都是未解的。TWA 34还显示12 CO(2-1)发射,其速度结构指示开普勒旋转。在已知的700万到1000万年前的恒星/盘系统样本中,TWA 34距离地球只有50 pc,是迄今为止被确定为在轨道盘中含有冷分子气体的质量最低的恒星。
2015-09-15 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.SR
Planetesimal and planet formation in transient dust traps
本文研究原行星盘中瞬态气压极大值如何聚集尘埃并转化为星子,进而通过卵石吸积形成行星,并开发数值模型验证其对星子和行星持续形成的促进作用。
2024-02-18 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
Scaling K2 VIII: Short-Period Sub-Neptune Occurrence Rates Peak Around Early-Type M Dwarfs
本研究结合开普勒与K2数据,发现短周期亚海王星出现率在3750K附近达峰,证实卵石吸积模型预测,并建议进一步观测中晚期M矮星。
2025-08-07 astro-ph.EP astro-ph.SR
Dust properties across the CO snowline in the HD 163296 disk from ALMA and VLA observations
为了描述行星形成的机制,研究年轻恒星周围的原行星盘的性质和演化是至关重要的,因为行星生长的初始条件是在那里设定的。我们的目标是研究已经观察到尘埃处理的年轻中等质量恒星HD 163296的盘中的晶粒生长,并寻找通过CO雪线上的冰凝结生长的证据,ALMA已经在这个盘中发现了这一点。在光学薄发射的假设下,我们比较了来自ALMA和VLA的不同波长的图像,以测量整个盘的不透明度光谱指数,从而测量最大晶粒尺寸。我们还使用了贝叶斯工具的基础上的两层磁盘模型来拟合观测和约束尘埃表面密度。不透明度光谱指数的测量结果表明,在星盘的内部区域($\sim$ 50 AU以内)存在大颗粒和卵石($\geq$ 1 cm),在外盘(超过150 AU)存在与ISM尺寸一致的较小颗粒。重新分析ALMA波段7的科学验证数据,我们发现(径向)未解决的过剩连续辐射中心附近的CO雪线在$\sim$ 90 AU的位置。我们的分析表明,粒度分布一致的一氧化碳雪线和随之而来的运输到内部地区的大颗粒增强生产。我们的研究结果结合Garufi等人(2014)发现的过量红外散射光表明,在90~AU处存在一种结构,涉及盘的整个垂直范围。这可能是在CO雪线的小规模加工粉尘的证据。
2016-01-27 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.SR
Protoplanetary Disks in the Orion Nebula Cluster: Gas Disk Morphologies and Kinematics as seen with ALMA
我们介绍了阿塔卡马大毫米波阵CO(3 $-$ 2)和HCO $^+$(4 $-$ 3)对猎户座星云团(ONC)中央$1\rlap{.}'5$ $\times$ $1\rlap{.}'5$区域的观测结果。前所未有的灵敏度水平($\sim$ 0.1毫焦耳束$^{-1}$)和角分辨率($\sim$ $0\rlap{.}''09 \approx 35$ AU),这些线观测使我们能够搜索对已知位置的亚毫米探测尘埃盘在该地区的气盘探测。我们在气体中检测到23个圆盘:17个在CO中(3个$-$ 2),17个在HCO中(4个$-$ 3),11个在两条线中。根据光源在ONC中的位置,我们可以在发射中看到线检测,在温暖背景下的吸收中看到线检测,或者在发射和吸收中看到线检测。我们用$0.5$ km s $^{-1}$通道对气体进行了光谱解析,发现大部分源的运动学与开普勒旋转一致。我们测量了气盘大小的分布,发现典型的半径为$\sim$ 50-200 AU。因此,与低密度恒星形成区的气体盘相比,ONC中的气体盘是紧凑的。气体的大小普遍大于尘埃的大小。然而,气体和尘埃的大小并不强烈相关。我们发现气体大小和距离大质量恒星$θ^1$ Ori C之间存在正相关关系,表明ONC中的圆盘受到光电离的影响。最后,我们利用观测到的气体线的运动学来模拟开普勒旋转,并推断中央前主序星的质量。我们的动力学推导出的恒星质量与光谱推…
2020-03-27 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.SR