How rapidly a planet grows in mass and how far they may park from the host star depend sensitively on two non-dimensional parameters: Stokes number St and turbulent $α$. Yet, these parameters remain highly uncertain being difficult or impossible to measure directly. Here, we demonstrate how the ringed disks can be leveraged to obtain St and $α$ separately by constructing a simple toy model that combines dust radial equation of motion under aerodynamic drag and coupling to gas motion with the measured distribution of dust masses in Class 0/I disks. Focusing on known systems with well-resolved dust rings, we find that the range of St and $α$ that are consistent with the measured properties of the rings are small: $10^{-4} \lesssim {\rm St} \lesssim 10^{-2}$ and $10^{-5} \lesssim α\lesssim 10^{-3}$. These low St and $α$ ensure the observed rings are stable against clumping. Even in one marginal case where the formation of bound clumps is possible, further mass growth by pebble accretion is inhibited. Furthermore, the derived low $α$ is consistent with the nearly inviscid regime where Type I migration can be prematurely halted. Our analysis predicts minimal planet population beyond $\sim$10s of au where we observe dust rings and significantly more vigorous planet formation inside $\sim$10 AU, consistent with current exo-giant statistics. We close with discussions on the implications of our results on small planet statistics at large orbital distances.
Extreme Pebble Accretion in Ringed Protoplanetary Discs
用(亚)毫米成像在原行星盘中观测到含有数十至数百个地球质量固体的轴对称尘埃环。在这里,我们调查的大规模(150 M $_\oplus$)轴对称尘埃陷阱通过尘埃和气体流体动力学模拟的行星胚胎的生长。当解释行星胚胎的吸积光度来自卵石吸积时,对周围气体的热反馈导致反气旋涡旋的形成。由于涡旋是在行星所在的位置形成的,这对行星的成长有着重大的影响:当尘埃向涡旋中心的压力最大值漂移时,它最初与行星位于同一位置,在“涡旋辅助”的卵石吸积的独特阶段,实现了快速的吸积率。一旦漩涡由于与圆盘的相互作用而与行星分离,它就会积聚灰尘,关闭行星上的吸积。我们发现,这种快速的吸积,介导的漩涡,在行星包含$\approx$ 100 M $_\oplus$的固体。我们跟踪涡旋的演变,以及尘埃颗粒在压力最大时积累的效率与其尺寸的函数关系,并研究这对行星生长以及原行星盘形态的影响。我们推测,这种极端的形成情景可能是巨行星的起源,这些巨行星被确定为重元素显著增强。
The Disk Substructures at High Angular Resolution Project (DSHARP) VI: Dust trapping in thin-ringed protoplanetary disks
ALMA观测到的大部分原行星盘在连续体中显示出多个定义明确且近乎完美的圆环,在许多情况下具有显著的峰谷对比度。DSHARP活动表明,这些环中有几个在径向范围内非常狭窄。在本文中,我们测试的假设,这些尘埃环是由尘埃捕获在径向压力颠簸,如果得到证实,把约束的物理尘埃捕获机制。我们在1D模型分析这个过程,假设轴对称。通过与观测数据的比较,我们发现所有的星环都与尘埃捕获相一致。基于一个合理的尘埃温度模型,我们发现几个环比压力标度的高度更窄,为尘埃捕获提供了强有力的证据。环具有在0.2和0.5之间的范围内的峰值吸收光学深度。储存在每个环中的尘埃质量大约是地球质量的几十倍,尽管由于尘埃不透明度的不确定性,仍然存在许多模糊性。尘埃环的密度足以潜在地触发流动的不稳定性,但我们的分析无法证明这种机制实际上在起作用。然而,我们的结果表明,本文所< 5e-4 and very large grains a_grain >研究的所有环的数据都可以排除非常低的α_turb < > 0.1 cm的组合。
Cronomoons: origin, dynamics, and light-curve features of ringed exomoons
近年来,人们一直在尝试探测系外行星的卫星和光环的技术和理论工作。卫星和行星之间较小的质量/尺寸比意味着这非常具有挑战性,因为只有一个系外行星系统可以发现系外卫星(即Kepler-1625 b i)。在这项工作中,我们研究了环状外卫星的动力学演化,被称为“cronomoons”,因为它们与Cronus(希腊语为土星)相似,并在Chronos(时间的缩影)之后,遵循过境时间变化(TTV)和过境持续时间变化(TDV),它们在宿主行星上产生。Cronomoons有扩展的环系统,使它们在经过其宿主恒星前时看起来比实际更大。我们探讨了可能导致这种环卫星环形成的不同可能的情况,并通过研究其尘埃和冰环颗粒的动力学/热力学稳定性和寿命,我们发现,一个孤立的cronomoon可以生存足够长的时间尺度被检测和跟踪。如果这些天体存在,那么新月的光环将呈现出类似于土星的卡西尼分区和类似于小行星带的柯克伍德间隙的间隙,但由于宿主行星引起的共振而升高。最后,我们在这项工作的范围内分析了开普勒-1625b i的情况,发现有争议的巨型卫星可能是地球质量的cronomoon。从理论的角度来看,这种情况下,可以有助于更好地解释当前和未来的观测的基础现象。
Formation of multiple dust rings and gaps in protoplanetary discs by a single migrating planet. A parameter study in locally isothermal discs
Institute for Theoretical Astrophysics, Centre for Astronomie (ZAH), Heidelberg University(海德堡大学理论天体物理研究所);Ludwig-Maximilians-Universität München, Universitäts-Sternwarte(慕尼黑大学天文台)
Physical and Chemical Characterization of GY 91's Multi-ringed Protostellar Disk with ALMA
Columbia University(哥伦比亚大学);University of St. Andrews(圣安德鲁斯大学);University of Wisconsin-Madison(威斯康星大学麦迪逊分校);The University of Tokyo(东京大学);Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian(哈佛-史密森尼天体物理中心);University of Florida(佛罗里达大学);University of Michigan(密歇根大学)
Probing Dust in the MWC 480 Disk from Millimeter to Centimeter Wavelengths
Kavli Institute for Astronomy and Astrophysics, Peking University(北京大学科维理天文与天体物理研究所);Department of Astronomy, Peking University(北京大学天文学系);European Southern Observatory(欧洲南方天文台);Lunar and Planetary Laboratory, University of Arizona(亚利桑那大学月球与行星实验室);Mullard Space Science Laboratory, University College London(伦敦大学学院穆拉德空间科学实验室);Center for Astrophysics, Harvard & Smithsonian(哈佛&史密森尼天体物理中心)
Probing dust properties through polarized scattered-light images of a sample of ring-shaped protoplanetary disks
Univ. Grenoble Alpes, CNRS, IPAG(格勒诺布尔阿尔卑斯大学);Astronomy Department, University of California Berkeley(加州大学伯克利分校天文学系);Department of Earth Science and Astronomy, The University of Tokyo(东京大学地球科学和天文系);School of Natural Sciences, Center for Astronomy, University of Galway(戈尔韦大学自然科学学院天文学中心)
Probing disk dynamics and dust evolution through shadows in protoplanetary disks: A case study of the HD 142527 disk
Institute of Astronomy and Astrophysics, Academia Sinica(中央研究院天文及天文物理研究所);Institute of Science Tokyo(东京科学大学);The University of Tokyo(东京大学);Kogakuin University(工学馆大学)
Probing dust and grain growth in the optically thick circumbinary ring of V892 Tau
Univ. Grenoble Alpes(格勒诺布尔阿尔卑斯大学);CNRS(法国国家科学研究中心);IPAG(天体物理学与行星学研究所);Institute of Astronomy, University of Cambridge(剑桥大学天文研究所);European Southern Observatory(欧洲南方天文台);Universidad de Santiago de Chile(智利圣地亚哥大学);Millennium Nucleus on Young Exoplanets and their Moons (YEMS)(年轻系外行星及其卫星千年核);Center for Interdisciplinary Research in Astrophysics and Space Exploration (CIRAS)(天体物理与空间探索跨学科研究中心)
MINDS: The very low-mass star and brown dwarf sample II. Probing disk settling, dust properties, and dust-gas interplay with JWST/MIRI
Radboud University(拉德堡德大学);Rijksuniversiteit Groningen(格罗宁根大学);University of Exeter(埃克塞特大学);SRON Netherlands Institute for Space Research(荷兰空间研究所);INAF – Osservatorio Astronomico di Capodimonte(意大利国家天体物理研究所卡波迪蒙特天文台);Leiden University(莱顿大学);University of Copenhagen(哥本哈根大学);University of Michigan(密歇根大学);University of Vienna(维也纳大学);CSIC-INTA(西班牙高等科学研究委员会-国家航空航天技术研究所);Carnegie Institution for Science(卡内基科学机构);KU Leuven(荷语鲁汶大学)
Extending dynamical mass measurements: probing GI as a possible origin of mm-dust spirals
Università degli Studi di Milano(米兰大学);University of Florida(佛罗里达大学);University of Cambridge(剑桥大学);Monash University(蒙纳士大学);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);University of Virginia(弗吉尼亚大学);University of Michigan(密歇根大学)