Growing dust grains in protoplanetary discs - III. Vertical settling
我们的目标是推导出一个简单的分析模型，以了解垂直沉降生长的尘埃颗粒在层流原行星盘的基本属性。分离的垂直动力学中的磁盘中平面的运动，我们集成的线性和指数晶粒生长速率的运动方程。对更复杂的增长模型进行数值积分。我们发现，沉降效率取决于无量纲参数γ的值，其特征在于相对于气体阻力的晶粒生长的相对效率。由于伽马值被认为是星盘中初始尘埃与气体的比值（10^-2的量级），因此颗粒的生长增强了尘埃粒子的能量耗散，并提高了原行星盘中的沉降效率。这种行为主要是独立的增长模型以及颗粒的径向漂移。
2013-11-06 astro-ph.EP
Stratified and vertically-shearing streaming instabilities in protoplanetary disks
在适当的条件下，不完全耦合的尘埃和气体之间的流动不稳定性是形成星子的强大机制，因为它可以将尘埃颗粒集中到引力坍缩的点。在其最简单的形式，流不稳定性可以通过分析的线性稳定性的非分层磁盘模型，这代表了中平面的原行星盘。我们通过对原行星盘中的尘埃层进行垂直全球线性稳定性分析来扩展这些研究。我们发现，不稳定性的主要形式在分层的灰尘层是一个驱动的垂直梯度的旋转速度的灰尘-气体混合物，但也需要部分的灰尘-气体耦合。这些垂直剪切流不稳定性在轨道时间尺度上增长，并发生在径向长度尺度$\sim10^{-3}H_\mathrm{g}$上，其中$H_\mathrm{g}$是局部压力尺度高度。经典的流动不稳定性，与尘埃和气体之间的相对径向漂移，发生在径向长度尺度$\sim10^{-2}H_\mathrm{g}$，但有更小的增长率比垂直剪切流不稳定性。包括气体粘度是强烈的稳定，并导致垂直伸长的干扰。我们简要地讨论了垂直剪切流不稳定性对星子形成的潜在影响。
2020-11-24 astro-ph.EP
Turbulent processing of PAHs in protoplanetary discs -- Coagulation and freeze-out leading to depletion of gas-phase PAH
本文提出原行星盘中PAHs通过湍流驱动的聚集与冻结导致气相耗尽的机制，结合1D垂直模型发现内盘PAH耗尽因子达50-1000，并指出小于卵形烯的PAHs是光球层主要气相发射体。
2023-03-14 astro-ph.EP
Wavelike nature of the vertical shear instability in global protoplanetary disks
垂直剪切不稳定性是辐照后原行星盘中的一种强烈现象。以往的数值模拟大多集中在其饱和状态的湍流特性。然而，饱和的VSI表现为大规模的相干径向传播的惯性波。在本文中，我们研究了惯性波盘相互作用及其对VSI饱和度的影响。惯性波线性理论的开发和应用到一个有代表性的全球2D模拟使用雅典娜++代码。据发现，VSI饱和通过将盘分离成几个径向波区大致划定的共转共振（转折点），这种结构也体现在适度的径向变化的垂直湍流强度。未来的数值工作应采用大的径向域，以适应这种径向结构的VSI，同时采用足够精细的分辨率，以解决参数不稳定性的攻击饱和VSI惯性波。
2022-06-13 astro-ph.EP
Rossby wave instability in weakly ionized protoplanetary disks. I. azimuthal or vertical B-fields
本文通过径向全局线性分析，研究恒定方位角或垂直背景磁场及非理想MHD效应对弱电离原行星盘中RWI模式的影响。
2025-01-13 astro-ph.EP
Vortex Formation and Survival in Protoplanetary Disks subject to Vertical Shear Instability
ALMA观测到的几个原行星盘显示尘埃浓度与巨大漩涡中的粒子捕获一致。涡旋的形成和生存对于行星形成是非常重要的，因为涡旋起到了粒子陷阱的作用，因此是星子形成的首选位置。最近的研究表明，垂直剪切不稳定性（VSI）能够在原行星盘中产生湍流和小涡旋，这些原行星盘具有适当的径向和垂直分层，并且在足够短的时间尺度上具有热弛豫。但由于盘的方位角仅限于$Δϕ\leq π/2$，盘的方位角延伸的影响往往被忽略。我们的目标是研究盘的方位角范围对原行星盘长期演化的影响以及大涡旋形成的可能性。为此，我们进行3维模拟高达1000个本地轨道使用不同的值$Δϕ= π/2 $到$2π$ VSI在磁盘上具有规定的径向密度和温度梯度冷却短的时间尺度。我们发现VSI能够形成大的漩涡，可以存在至少几百个轨道的模拟覆盖一个磁盘与$Δϕ\geq π$。这表明VSI能够形成涡流或至少通过二次不稳定性（例如Rossby波不稳定性或Kelvin Helmholtz不稳定性）触发涡流形成。
2018-07-17 astro-ph.EP
Residence Times of Particles in Diffusive Protoplanetary Disk Environments I. Vertical Motions
原行星盘中原始物质的化学和物理演化取决于它们所暴露的环境类型以及它们在每个环境中的停留时间。在这里的扩散原行星盘的材料的代表性路径的计算方法的开发和应用，以了解粒子的垂直轨迹如何影响他们的整体演化。该方法足够通用，可应用于具有均匀扩散率的圆盘，即所谓的“恒定$α$“情况，以及具有空间变化扩散率的圆盘，如“分层圆盘”中所预期的。“小粒子和气态分子的平均长期动力学演化与扩散率的具体形式无关，因为它们在盘中不同高度处的寿命相当。然而，单个粒子和分子所采取的路径强烈依赖于扩散率的形式，导致粒子在偏离平均值方面的不同行为范围。在原行星盘中，由于温度、气体密度、化学丰度和光子通量会随着高度的变化而变化，原始物质所采取的不同路径将导致其化学和物理演化的差异。在气相化学和光化学的差异的例子在这里进行了探讨。这里概述的方法提供了一种手段，将粒子动力学与化学模型相结合，以了解在$10^5$ - $10^6$年的时间尺度上原行星盘中原始材料的形成和演化。
2010-10-08 astro-ph.EP
Vortices and the saturation of the vertical shear instability in protoplanetary disks
如果受到中心恒星的充分照射，原行星盘会进入平衡态，表现出垂直切变。这种状态可能会受到流体动力学不稳定性的影响，即“垂直剪切不稳定性"，其分解为湍流会输送适量的角动量，同时也可能通过产生小尺度涡旋促进行星形成。在本文中，我们表明，VSI模式（a）表现出任意的空间分布和（b）保持不可压缩的局部方程的非线性解，无论其振幅。这些模式本身受到寄生开尔文-亥姆霍兹不稳定性的影响，尽管圆盘的旋转显著地阻碍了寄生不稳定性，并允许VSI获得大的振幅（流体速度<声速的10%）。这种“延迟”的饱和可能解释了突出的VSI线性模式在全球模拟。更一般地说，寄生虫可以设置强辐照磁盘的VSI湍流的幅度。通过不可避免地形成涡流，它们在打破流动的轴对称性方面也很重要。然而，旋涡不与轨道平面对齐，因此表现出明显的$z$依赖性。我们还简要地表明，垂直剪切的磁旋转不稳定性的影响不大，而磁场很容易淬灭的VSI，一个潜在的问题，在磁盘的电离表面区域，也在较大的半径。
2017-11-20 astro-ph.EP
Effects from different grades of stickiness between icy and silicate particles on carbon depletion in protoplanetary disks
本文通过三维Monte Carlo模拟，纳入冰蒸发再凝结、光解氧化和热解，证明冰质与硅酸盐颗粒黏性差异及上层高温区可使雪线内碳丰度降低两个数量级。
2024-10-29 astro-ph.EP
Vertical Shear Instability in Thermally-Stratified Protoplanetary Disks: I. A Linear Stability Analysis
本研究针对热分层原行星盘的垂直剪切不稳定性开展线性稳定性分析，揭示了表面模与体模的分岔特性、生长规律及热分层的增强作用，为理解原行星盘湍流演化提供了理论依据。
2024-12-13 astro-ph.EP
Different degrees of nitrogen and carbon depletion in the warm molecular layers of protoplanetary disks
观测表明，某些原行星盘温暖分子层中的碳和氧元素丰度与星际介质相比减少了约10-100倍。与此同时，人们对氮知之甚少。为了研究磁盘中氮，碳，氧元素丰度的时间演化，我们开发了一个一维模型，其中包括尘埃沉降，尘埃和冰的湍流扩散，以及气体-冰化学，包括恒星UV/X射线和银河系宇宙射线驱动的化学。我们发现，在温暖的分子层中的气态CO被转化为CO2冰，并通过湍流混合（即，垂直冷指效应）和恒星紫外光子驱动的冰化学。另一方面，气态N2，温暖分子层中的主要氮储存器，较少被冰化学处理，并且以其原样存在。然后，仅通过N2的垂直冷指效应发生氮耗尽。由于N2的结合能低于CO和CO2的结合能，因此氮的贫化程度小于碳和氧的贫化程度，导致氮的元素丰度高于碳和氧的元素丰度。当扩散系数的$α$参数约为0.001时，这种演变发生在100万年内，并进一步进行。因此，N2 H +/CO柱密度比随着时间的推移而增加。简要讨论了垂直输运对中冰面冰组成的影响。
2022-09-16 astro-ph.EP astro-ph.SR
The coexistence of the streaming instability and the vertical shear instability in protoplanetary disks: Scale-dependence of dust diffusion
本研究通过二维全局模拟探究原行星盘中垂直剪切不稳定性与流不稳定性单独及共同作用下的尘埃扩散，揭示了两种不稳定性扩散的方向与尺度依赖性差异及联合作用效果。
2025-01-13 astro-ph.EP
Dust Coagulation Reconciles Protoplanetary Disk Observations with the Vertical Shear Instability. I. Dust Coagulation and the VSI Dead Zone
本研究针对原行星盘垂直剪切不稳定性（VSI）模拟与观测的矛盾，提出尘埃凝聚可降低外盘气体冷却速率、抑制VSI湍流，且湍流强度对尘埃碎裂速度高度敏感，解释了观测到的高沉降外盘现象。
2023-12-15 astro-ph.EP
On the coexistence of the streaming instability and the vertical shear instability in protoplanetary disks
流动不稳定性是解释微行星形成的一个主要候选机制。然而，这种不稳定性在驱动原行星盘中的湍流中的作用，由于其基本性质是线性流体动力学不稳定性，到目前为止还没有详细研究。我们研究了由流动不稳定性引起的湍流以及它与垂直剪切不稳定性的相互作用。为此，我们采用FLASH代码进行二维轴对称全球磁盘模拟半径从$1$ au到$100$ au，包括气体和尘埃之间的相互阻力以及径向和垂直的恒星引力。如果流动不稳定性和垂直切变不稳定性同时开始增长，我们发现尘埃中面层的湍流主要是由流动不稳定性驱动的。它引起垂直气体运动，马赫数高达${\sim}10^{-2}$。粉尘刻度高度以自我调节的方式设置为气体刻度高度的大约$1\%$。相比之下，如果垂直剪切不稳定性被允许饱和之前，灰尘被引入到我们的模拟，那么它仍然是在灰尘层中的湍流的主要来源。垂直切变不稳定性引起马赫数为${\sim}10^{-1}$的湍流，从而阻碍粉尘沉降。尽管如此，我们发现的垂直剪切不稳定性和流动不稳定性相结合，导致径向尘埃浓度在长期的积累，这是显着的密度比单独的流动不稳定性形成的。因此，垂直剪切不稳定性可能会促进微行星的形成，通过创建弱的超密度，作为种子的流动不稳定性。
2020-02-17 astro-ph.EP
The coexistence of the streaming instability and the vertical shear instability in protoplanetary disks: Planetesimal formation thresholds explored in two-dimensional global models
流动不稳定性是诱发星子形成的一种很有前途的机制。尽管如此，在以前的研究中已经发现，这一过程需要一个粉尘与气体的表面密度比或粉尘的大小，这是增强相比，观察值。采用二维全球模拟的原行星盘，我们表明，垂直剪切不稳定性和流不稳定性在音乐会上可以导致尘埃浓度，这是足够的星子形成较低的表面密度比和较小的尘埃尺寸比孤立的流不稳定性，特别是在条件下，是符合观测约束。这是因为尘埃overdensities形成的压力颠簸引起的垂直剪切不稳定性作为种子的流不稳定性，并增强了it. While我们的二维模型不包括自重力，我们发现，强大的尘埃结块和重力不稳定overdensities的形成（和溶解）可以有力地推断从最大或平均尘埃气体体积密度比的演变。垂直切变不稳定性使尘埃层膨胀到一个平均的中面尘埃-气体密度比，该比明显低于1。因此，我们发现，达到一个中平面密度比是不必要的触发星子形成通过流动不稳定性时，它与垂直剪切不稳定性的一致行动。
2022-08-17 astro-ph.EP
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
Radially Magnetized Protoplanetary Disk: Vertical Profile
本文研究了薄吸积盘对径向外磁场的响应。我们的重点是原行星盘（PPD），这是暴露在他们后来的演变强烈，磁化风从中央恒星。径向磁场被混合到薄的表面层中，被盘剪切卷起，并且被湍流混合和双极和欧姆漂移的组合向下推动。环向场的强度比PPD模型中通常使用的种子垂直场大得多，甚至变得超热。线性稳定性分析表明，磁盘经历磁旋转不稳定性（MRI）在一个更高的磁化比垂直磁化磁盘时，双极和霍尔漂移的影响都考虑在内。在0.06 ~ 1AU的几个半径范围内，对$B_r \sim (10^{-4}$ - $10^{-2})(r/{\rm AU})^{-2}$ G风磁场进行响应，得到了密度和磁场的稳定垂直分布。仔细注意的径向和垂直电离结构所造成的恒星X射线照射。圆盘在靠近恒星的地方被更强地磁化，在那里它可以支持更高的质量传递速率。结果，发现PPD的内部$\sim 1$ AU朝向较低的表面密度演变。在关于MRI产生的应力的保守假设下获得了$10^{-8}\,M_\odot$ yr $^{-1}$的传质速率。在随附的论文中，研究了圆盘的演变以及对行星迁移的影响。
2015-10-14 astro-ph.EP
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
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
Unlocking CO Depletion in Protoplanetary Disks I. The Warm Molecular Layer
CO通常被用作星际介质和原行星盘中总气体质量的示踪剂。最近有很多关于CO作为质量示踪剂在磁盘中的效用的争论。对原行星盘中CO的观测揭示了一系列的CO丰度，在许多系统中测量到低的CO与尘埃质量比。一种可能性是通过化学方法从CO中除去碳。然而，对有利于这种化学后处理的各种物理条件并不十分了解。我们对198个不同物理条件下的原行星盘中的含时化学进行了系统的研究。我们改变尘埃粒度分布，温度，漫画射线和X射线电离率，磁盘质量，和初始水丰度，详细说明什么样的物理条件是必要的激活各种CO消耗机制在温暖的分子层。我们把我们的分析集中在两个区域的温暖分子层：外盘（100 AU）以及CO雪线和内盘（19 AU）内的中面CO雪线。经过一百万年，我们发现，大多数模型有一个CO丰度相对于H $_2$小于$10^{-4}$在外盘，而丰度小于$10^{-5}$需要存在的宇宙射线。在CO雪线内部，CO的显著消耗仅发生在具有高宇宙射线率的模型中。如果宇宙射线不存在于年轻的磁盘，它是很难从CO化学去除碳。此外，去除水之前，CO耗尽阻碍了化学处理的CO。化学处理本身不能解释目前的观测低CO丰度。其他机制也必须参与。
2018-02-07 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.SR
Thermal Structure of a Protoplanetary Disk around HD163296: A Study of Vertical Temperature Distribution by CO Emission Lines
本文报道了Herbig Ae星HD 163296周围一个原行星盘的~（12）CO（J=1-0）、~（12）CO（J=3-2）、~（13）CO（J=1-0）和~（13）CO（J=3-2）发射谱线的观测结果。在所有的线检测到双峰发射轮廓来自旋转的拱星盘。根据模型计算得到的圆盘参数，圆盘内部的温度或面密度的径向分布呈幂律分布。表面密度应该足够高，使磁盘是光学厚的所有CO线，如在以前的研究中所讨论的干涉观测的基础上。圆盘的温度和外半径也被证实与以前的结果是一致的。利用CO谱线之间光球层位置的差异，揭示了垂直方向上的温度分布。12 CO（J=3-2）发射区的温度比其它CO发射区的温度高出约2倍，在距离中心星100 AU处，前者约为59 K，后者约为31 K，表明至少存在两个不同的温度区。13 CO（J=1-0）的最佳拟合温度应该跟踪磁盘的最深区域甚至更低，这意味着在磁盘的内部深处也有一个不同的温度区域。在金牛座T星和赫比格Ae星中都发现了盘中的这种垂直温度分布（例如，DM Tau、AB Aur和HD 31648），这应该是原行星盘的共同特征。
2012-05-30 astro-ph.EP
Chemical Feedbacks of Pebble Growth: Impacts on CO depletion and C/O ratios
对原行星盘的观测揭示了它们是复杂和动态的，气体和尘埃的垂直和径向运输与化学和行星形成同时发生。以前的原行星盘模型主要关注静态盘中气体和尘埃的化学演化，或化学惰性盘中固体的动力学演化。在本文中，我们提出了一个新的一维方法模拟卵石生长和化学同时进行。气体和小尘埃颗粒可以垂直扩散，连接圆盘所有高度的化学物质。卵石被认为是由中面周围的尘埃形成的，继承了这个位置的冰的成分。我们提出了这个模型的结果后，1万年的磁盘周围的1 $M_\odot$星在不同的位置内和外的CO雪线的演变。我们发现，对于一个湍流盘（$α= 10^{-3}$），CO是耗尽从表面层的磁盘大约1-2个数量级，与观测的原行星盘。这是通过冰封存和降低紫外线不透明度的结合来实现的，两者都是由卵石生长驱动的。此外，我们发现通过卵石生长和封存的冰物种的选择性去除可以增加气相C/O比的值约为1。然而，我们的模型是无法产生的C/O值$\sim$ 1.5-2.0推断从原行星盘的观测，这意味着选择性封存冰是不足以解释C/O比$>1$。
2022-02-01 astro-ph.EP
Disentangling protoplanetary disk gas mass and carbon depletion through combined atomic and molecular tracers
原行星盘的总气体质量和元素C，N，O组成是我们理解行星形成的关键因素。测量气体质量是复杂的，因为H $_2$不能在盘的冷块中检测到，并且在所有盘模型中，相对于氢的元素丰度随气体质量简并。我们提出了新的NOEMA观测CO，$^{13}$ CO，C $^{18}$ O和光学薄C $^{17}$ O $J$ =2-1线，并使用额外的高角分辨率阿塔卡马大毫米阵列毫米连续谱和CO数据来构建一个代表性的LkCa 15模型。最能限制气体质量和碳丰度的跃迁是C $^{17}$ O 2-1、N ${_2}$ H $^+$ 3-2和HD 1-0。使用这三种分子，我们发现LkCa 15盘中的气体质量是$M_\mathrm{g}=0.01 ^{+0.01}_{-0.004} M_{\odot}$，比以前估计的低六倍。碳丰度为C/H =（$3 \pm 1.5) \times10^{-5}$），这意味着元素碳的中度消耗为3-9倍。所有其他分析的转换也同意这些数字，在一个因素的建模不确定性。使用解析的\ce{C2H}图像，我们发现C/O比为$\sim$ 1，这与该盘中H $_2$ O耗尽的文献值一致。LkCa 15盘中缺乏严重的碳消耗与盘的年轻年龄一致，但与较老的冷过渡盘中看到的更高的消耗形成对比。结合光学薄CO同位素线与N $_2$ H $^+$有望打破气体质量和CO丰度之间的简并性。这个来源与冷，但年轻的磁…
2022-09-19 astro-ph.EP astro-ph.GA
Refractory carbon depletion by photolysis through dust collisions and vertical mixing
本研究利用一维蒙特卡洛模型模拟原太阳盘中的尘埃凝聚与垂直混合，发现碰撞生长和垂直混合能显著提高光解作用对难熔碳的消耗效率，在1 au处仅需100-300 kyr即可达到观测丰度。
2025-03-18 astro-ph.EP
Rossby wave instability in weakly ionized protoplanetary disks. II. radial B-fields
本文研究径向磁场及欧姆电阻率、霍尔漂移和双极扩散三种非理想MHD效应对原行星盘中罗斯贝波不稳定性的影响，发现径向场在弱场强下即可显著降低增长率，且强非理想效应使结果趋近纯流体动力学模型。
2025-05-03 astro-ph.EP
Cooling Requirements for the Vertical Shear Instability in Protoplanetary Disks
垂直剪切不稳定性（VSI）是原行星盘角动量输运的一种潜在的流体动力学机制。VSI是由磁盘的轨道运动中的弱垂直梯度驱动的，但必须克服垂直浮力，这是一种强烈的稳定作用，在寒冷的磁盘中，加热主要是由外部辐射。快速的辐射冷却降低了有效浮力，并允许VSI运行。我们量化的冷却时间尺度$t_c$需要有效的VSI增长，通过线性分析的垂直全球，径向局部磁盘模型的冷却VSI。我们发现VSI是最有力的快速冷却与$t_c<Ω_\mathrm{K}^{-1}h|q|/(γ-1)$的开普勒轨道频率，$Ω_\mathrm{K}$，磁盘的纵横比，$h\ll1$，径向幂律温度梯度，$q$和绝热指数，$γ$。对于较长的$t_c$，VSI的有效性要低得多，因为增长减慢并转向更小的长度尺度，这更倾向于粘性或湍流衰减。我们将我们的结果应用到PPD模型中，其中$t_c$由尘埃颗粒的不透明度决定。我们发现，VSI是最有效的中间半径，从$\sim5$ AU到$\sim50$ AU与$\sim30$本地轨道周期的特征增长时间。生长受到抑制的长冷却时间都在不透明的内盘和光学薄外盘。将尘埃不透明度降低10倍，增加的冷却时间足以在所有盘半径处淬灭VSI。因此，固体原行星的形成，尘埃颗粒的下沉，可以阻碍VSI。
2015-07-14 astro-ph.EP
Vertical Structure of Protoplanetary Disks in Scattered Light: A large sample analysis
School of Natural Sciences, Center for Astronomy, University of Galway（自然科学与天文学中心，高威大学）；School of Physics, Trinity College Dublin, The University of Dublin（三一学院都柏林，都柏林大学物理学院）；Leiden Observatory, Leiden University（莱顿天文台，莱顿大学）；INAF, Istituto di Radioastronomia（意大利国家天体物理研究所射电天文研究所）
通过椭圆拟合方法从92个原行星盘的VLT/SPHERE近红外偏振图像中提取散射面垂直高度轮廓，发现盘普遍呈flare结构但整体不符合单一幂律，仅外半径>150 au的延展盘呈现清晰幂律flare趋势，且垂直结构与恒星质量、年龄等系统性质缺乏强相关。
2026-03-05 astro-ph.EP
The vertical shear instability in poorly ionised, magnetized protoplanetary discs
原行星盘在其自转剖面中应表现出弱的垂直变化。通常这种“垂直切变”是由中心恒星辐射场驱动的斜压效应引起的，但也可能在磁离心风的发射过程中出现。因此，原行星盘会受到流体动力学不稳定性的影响，即“垂直剪切不稳定性”（VSI），其分解为湍流可能会传输适量的角动量，并促进或干扰行星形成的过程。然而，磁场可以直接通过磁张力或间接通过磁旋转湍流来抑制VSI。另一方面，原行星盘的电离率极低，如果非理想效应足够显著，可能会拯救VSI。在本文中，我们开发了一个本地的线性理论，探讨如何非理想的MHD影响的VSI，同时还推出额外的扩散剪切不稳定性。我们推导出一套分析标准，建立时的VSI盛行，然后展示它如何可以应用到一个现实的全球模型的原行星盘。我们的计算表明，在~ 10天文单位内，VSI在盘的主体中出现应该没有什么麻烦，但在盘的上部区域，它的出现敏感地取决于占优势的尘埃颗粒的大小。
2022-01-12 astro-ph.EP astro-ph.SR
CO Depletion in Protoplanetary Disks: A Unified Picture Combining Physical Sequestration and Chemical Processing
在原行星盘中的气相CO丰度（相对于氢）从其ISM值${\sim}10^{-4}$降低了2个数量级，即使在考虑了冻结和光解离之后。先前的研究表明，虽然CO的局部化学处理和中平面中固体上的CO冰的封存都可以做出贡献，但这些过程似乎都不能在$1{-}3\mathrm{~Myr}$的相关时间尺度上始终达到所观察到的耗尽因子。在这项研究中，我们同时模拟这些过程，包括一个紧凑的化学网络（以碳和氧为中心）的2D（$r+z$）模拟外部（$r>20\mathrm{~au}$）磁盘区域，包括湍流扩散，卵石形成，卵石动力学。一般来说，我们发现CO/H $_2$丰度是时间和位置的复杂函数。集中在CO在温暖的分子层，我们发现，只有最完整的模型（包括化学和卵石演变）可以达到与观测一致的耗尽因子。在没有压力陷阱，高效的星子形成，或高宇宙射线电离率，该模型还预测了CO蒸气内部的CO雪线的复苏。我们显示的元素（C/O）和（C/H）比（在气体和冰相）的物理和化学过程的影响，讨论使用CO作为磁盘质量示踪剂，最后，连接我们预测的卵石冰组成的原始微行星发现在冷经典柯伊伯带和碎片磁盘。
2020-07-18 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
On vertical variations of gas flow in protoplanetary disks and their impact on the transport of solids
吸积盘理论中的一个主要不确定性是气体湍流的性质和性质，它驱动着原行星盘中的输运。麦克斯韦-雷诺应力张量的常用粘性公式产生了一个纬向环流，其中流动在中平面附近向外，在远离中平面的地方向内。这种纬向环流被提出来解释彗星中存在高温矿物（被认为是来自太阳系内部）。然而，它还没有被观察到的磁流体动力学（MHD）湍流模拟到目前为止。在这项研究中，我们评估在何种程度上的净输送的固体可以诊断存在的纬向环流。为此，我们提出并激发了一个处方的MHD湍流具有相同的自由参数的粘性之一。我们比较了这两个处方的小固体颗粒的径向运输的影响，发现他们的净，垂直整合的径向通量实际上是相当不敏感的湍流参数$α$，我们解释的一个给定的垂直平均的流动结构。鉴于目前对圆盘湍流的不确定性，一维模型因此最适合于研究固体的径向输运。一个推论是，彗星中高温物质的存在不能被认为是日冕环流的明确诊断。事实上，我们认为，在粘性盘模型向外运输更恰当地归因于湍流扩散，而不是平均流量的气体。
2013-01-24 astro-ph.EP
Depletion of molecular gas by an accretion outburst in a protoplanetary disk
我们调查新的和档案3-5 $μ$米高分辨率（$\sim3$公里秒$^{-1}$）光谱的分子气体在内盘的年轻的太阳质量恒星EX Lupi，采取期间和之后的强吸积爆发的2008年。这些数据是在2008年和2014年使用ESO甚大望远镜的CRIRES光谱仪获得的。在2008年，CO，H $_{2}$ O和OH的发射谱线被检测到广泛的配置文件跟踪气体附近和共转半径（0.02-0.3 AU）。在2014年，光谱显示出明显的差异。CO谱线虽然仍能检测到，但已弱得多，而H $_{2}$ O和OH谱线已完全消失。在3 $μ$ m处观测到一个被遮蔽的恒星光球光谱。我们的分析发现，自爆发以来，内盘中的分子气体质量减少了一个数量级，与恒星吸积率的类似下降相匹配。我们讨论了这些发现的背景下，快速耗尽的材料积累超过磁盘共转半径在静止期间，提出的EXor型年轻恒星的情节吸积模型。
2014-12-04 astro-ph.EP astro-ph.SR
TriPoD: Tri-Population size distributions for Dust evolution. Coagulation in vertically integrated hydrodynamic simulations of protoplanetary disks
针对原行星盘流体动力学模拟中尘埃演化计算成本高的问题，提出简单准确的三参数子网格凝聚模型TriPoD，可嵌入PLUTO代码，实现二维垂直积分模拟，并与DustPy软件良好拟合。
2024-10-30 astro-ph.EP
A minimal model for vertical shear instability in protoplanetary accretion disks
垂直切变不稳定性是一种轴对称效应，被认为是驱动原行星吸积盘磁不活跃区湍流的原因。在这里，我们研究它的物理机制，在分析易处理的“极小模型“在三个设置，包括一个均匀密度的流体，一个分层的大气，和一个剪切盒部分的原行星盘。每一个这些分析表明，垂直切变不稳定的本质是类似的倾斜对流对称不稳定在中纬度地球大气中，斜压急流的垂直切变的存在下，以及混合在墨西哥湾流的顶层。我们表明，为了获得不稳定的流体包的斜率应该超过在磁盘径向垂直平面的平均绝对动量的斜率。我们提供了一个详细的和相互自洽的物理解释，从三个角度：角动量守恒，作为流体的径向和方位角涡分量之间的动态相互作用，并从能量的角度来看，涉及一个广义的Solberg-Høiland瑞利条件。此外，我们解释了为什么滞弹性动力学产生振荡的不稳定模式和分离的振荡机制的不稳定。
2021-06-08 astro-ph.EP physics.flu-dyn
The Effect of Vertical Temperature Gradient on the Propagation of Three-dimensional Waves in a Protoplanetary Disk
本文研究了具有任意垂直温度分布的热分层圆盘中波的激发和传播。以前对三维波的分析研究主要集中在等温或多方垂直盘结构上。然而，在原行星盘中的主要热源是恒星辐射的位置，温度梯度在垂直方向上可能变为正的。我们扩展的分析研究的垂直温度结构上的波，激发在林德布拉德共振的影响。对于较热的磁盘大气，$f$模式对扭矩的贡献较小，并且在远离共振传播时保持局限在中平面附近。另一方面，$g$ -模式的激发更强。在传播过程中，它们向盘状大气顶部传播，群速度减小。与以前的研究相比，差异可能会影响在一个现实的磁盘结构中的波动力学的理解。
2015-08-27 astro-ph.EP astro-ph.SR
Global MHD simulations of stratified and turbulent protoplanetary discs. II. Dust settling
本文的目的是研究小尘埃粒子在原行星盘的垂直分布，其中角动量传输是由于磁旋转不稳定性驱动的MHD湍流。我们考虑的颗粒尺寸范围从大约1微米到几毫米。我们使用基于网格的MHD代码进行全球性的双流体模拟湍流原行星盘，其中包含各种尺寸的尘埃颗粒。在准稳态下，尘埃粒子的重力沉降由湍流扩散平衡。该过程的简单和标准模型不能准确地描述粉尘密度的垂直分布。对于小的尘埃颗粒（几微米大小），特别是在盘的上层（$Z>3H$，其中$H$是刻度高度），差异更大。在这里，简单模型预测和模拟结果之间的差异可能有几个数量级。这是因为MHD湍流在吸积盘中是不均匀的，因为速度波动在强烈磁化的日冕发展的盘上层显着增加。我们提供了一个替代模型，提供了一个更好的适合模拟。在这个模型中，尘埃粒子扩散远离中平面的MHD湍流，但扩散系数垂直变化，并在任何地方都成比例的当地湍流垂直速度波动的平方。尘埃粒子的空间分布可以用来追踪原行星盘中MHD湍流的性质，如速度波动的幅度。在未来，数值模拟和观测之间的详细和直接的比较应该被证明是一个有用的工具，用于约束原行星盘中的湍流特性。
2009-01-28 astro-ph.EP
Vertical Shear Instability in Thermally-Stratified Protoplanetary Disks: II. Hydrodynamic Simulations and Observability
本研究通过三维流体动力学模拟发现，热分层原行星盘中的垂直剪切不稳定性（VSI）湍流强度远高于等温盘，其产生的速度残差扰动形态和可观测性随盘倾角、热分层程度及示踪剂光学深度变化。
2024-12-13 astro-ph.EP
Evidence for Dust Depletion in a Misaligned Protoplanetary Disk with JWST
本文利用 JWST MIRI 光谱在 UX Tau A 错位内盘中探测到尘埃耗竭，提出内外盘错位阻碍物质补充的机制，并估算出最短耗竭时标约 0.1 年，证明可通过中红外连续谱变化间接识别错位内盘。
2024-09-05 astro-ph.EP astro-ph.SR
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
Modeling Magnetorotational Turbulence in Protoplanetary Disks with Dead Zones
磁旋转不稳定性（MRI）驱动的湍流对原行星盘中固体的演化具有重要影响。另一方面，小灰尘颗粒通过捕获耦合气体和磁场所需的电离气体颗粒来稳定MRI。为了提供一个经验的基础上，模拟灰尘和MRI的共同进化，我们进行三维，欧姆电阻MHD模拟的垂直分层剪切盒与MRI不活跃的“死区”的各种大小和净垂直磁通量的各种强度。我们发现，湍流的垂直结构是由垂直的磁通量和三个临界高度的线性分析得出的分层磁盘。特别地，湍流结构仅通过临界高度依赖于电阻率分布，并且对电阻率分布的细节不敏感。我们发现的各种湍流量（速度色散，密度波动，垂直扩散系数，外流质量通量）和垂直集成的吸积应力的振幅之间的标度关系。我们还得到了积分吸积应力作为垂直磁通量和临界高度的函数的经验公式。这些经验关系允许预测的垂直湍流结构的原行星盘的磁通量的给定强度和给定的电阻率分布。
2011-08-24 astro-ph.EP astro-ph.SR
Using HCO$^+$ isotopologues as tracers of gas depletion in protoplanetary disk gaps
在原行星盘的尘埃连续体中看到的广泛的环和间隙有时伴随着在分子线发射中看到的类似的子结构。一个例子是AS 209中100 au处的外能隙，这表明H $_{13}$ CO $^+$和C $_{18}$ O发射强度随着能隙中的连续谱而降低，而DCO $^+$发射在能隙内部增加。我们的目标是研究两种情况下的DCO $^+$ /H $_{13}$ CO $^+$和DCO $^+$ /HCO $^+$比率在原行星盘间隙中的行为：气体耗尽跟随尘埃耗尽和只有尘埃耗尽。我们首先使用热化学模型ANDES模拟物理磁盘结构。这个1+1D稳态圆盘模型计算气体和尘埃的热平衡，包括FUV、X射线、宇宙射线和其他电离源，以及分子冷却剂的简化化学网络。然后，采用扩展的氘分馏气体-颗粒化学网络计算分子丰度。理想的合成光谱和零阶矩图与石灰。我们能够定性地再现的DCO $^+$强度的增加和减少的H $_{13}$ CO $^+$和C $_{18}$ O强度内的磁盘间隙，这是定性地类似于在外部AS 209间隙中观察到的。相应的圆盘模型假设气体和尘埃都在间隙中耗尽。富气隙模型中，只有尘埃被耗尽，产生的辐射在所有HCO $^+$同位素和C $_{18}$ O中都太亮。DCO $^+$ /H $_{13}$ CO $^+$线比可用于探测CO雪线外尘埃连续间隙中的气体耗尽。DCO $^+$ /C $_{18}$ O线比显示出类似的…
2020-09-21 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.SR
Survey of cold water lines in protoplanetary disks: indications of systematic volatile depletion
我们用赫歇尔空间天文台上的HIFI仪器对13个原行星盘中的2个基态水跃迁进行了非常深入的搜索，每条线的积分时间高达12小时。另外两个水的转变，样品温暖的气体也被搜索与浅积分。检测率低，由观测提供的上限通常比具有规范输入的热化学模型的预测低得多。在AA Tau，DM Tau，LkCa 15和MWC 480的堆叠光谱中新检测到一个基态跃迁。我们运行了一个网格模型，表明如果假设尘气质量比为0.01，气相氧的丰度需要减少至少~100倍，才能与观测上限（和阳性检测）一致。作为以前的想法的延续，我们提出，氧气耗尽（因此检测率低）的根本原因是挥发性物质（如水和CO）冻结到尘埃颗粒上，然后颗粒生长和沉降/迁移，永久地将这些气相分子从外盘的发射上层中除去。挥发物的这种消耗可能在不同的磁盘中普遍存在，但程度不一定相同。挥发分可能会返回到内盘的气相（约15 AU），这与目前的限制是一致的。由于光蒸发盘分散的研究比较表明，挥发性物质耗尽的时间尺度比光蒸发短。
2017-05-02 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.SR
On the Numerical Robustness of the Streaming Instability: Particle Concentration and Gas Dynamics in Protoplanetary Disks
流动不稳定性（SI）是原行星盘中固体聚集的一种机制。来自SI的非线性粒子聚集可以触发引力坍缩成星子。为了更好地理解SI的数值鲁棒性，我们使用已知产生强聚集的固定物理参数执行一套垂直分层3D模拟。我们改变了数值实现，即计算域的大小和垂直边界条件（vBC），比较新实施的流出vBC以前使用的周期性和反射vBC。我们发现强烈的颗粒团聚的SI是大多独立的vBC。然而，由于较大的颗粒质量库，在较大的模拟域中峰值颗粒密度较高。我们报告SI触发的带状流，即，气体压力的方位带状径向变化。这些结构具有低振幅，不足以阻止粒子径向漂移，证实了气体压力最大值中的粒子捕获不是SI的机制。我们发现，流出vBC产生人为的大气体流出率在垂直边界。然而，流出的vBC减少了垂直边界处的人工反射，允许更多的颗粒沉降，并且显示出更少的时间变化和更好的收敛性。对于所有vBC，致密颗粒细丝的径向间距是$\sim0.15$气体尺度高度（$H$），其设置了自引力模拟中用于星子生长的进料区。我们的研究结果验证了在SI模拟中使用流出vBC，即使垂直边界接近（$\leq 0.4H$）磁盘中平面。总体而言，我们的研究表明了数值鲁棒性的非线性粒子团聚的SI。
2018-06-12 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
Measuring the Two-Dimensional Thermal Structures of Protoplanetary Disks
本文提出一种逐环方法，利用CO同位素谱线发射面与亮温度约束原行星盘二维热结构，并在HD 163296盘上验证其有效性，揭示简单参数化模型可能掩盖真实盘的复杂性。
2025-09-18 astro-ph.EP
Toward realistic simulations of magneto-thermal winds from weakly-ionized protoplanetary disks
原行星盘（PPD）通过磁应力吸积到它们的中央金牛座T星上。当双极扩散（AD）的效果，包括在内，并在存在的垂直磁场，磁盘保持层流1-5 AU之间，和磁离心磁盘风的形式，提供了一个重要的机制，消除角动量。我们提出了全球MHD模拟的PPD，包括欧姆电阻率和AD，其中随时间变化的气相电子和离子分数下计算FUV和X射线电离与简化的复合化学。为了研究风的质量负载是否受到我们现有模拟的有限垂直范围的潜在影响，我们试图开发一个现实的磁盘大气模型。为此，通过考虑恒星辐射和辐射的扩散后处理，我们的目标是改进我们的模型，使其具有更真实的热力学性质。
2016-11-29 astro-ph.EP
Dynamic evolution of major element chemistry in protoplanetary disks and its implications for chondrite formation
球粒陨石可能是地球的组成部分，而确定最能代表地球的球粒陨石群是解决早期地球状态的关键。然而，钙钛矿的起源仍然存在争议，部分原因是它们令人困惑的主要元素组成，有些表现出Al，Ca和Mg的耗尽。基于一个新的原行星盘的热化学演化模型，我们表明，具有类似于普通和顽火辉石的耗尽模式的星子可以起源于顽火辉石蒸发的1-2 AU。在顽火辉石的“蒸发前沿”周围，包括镁橄榄石在内的难熔矿物大量向内流动，卵石浓度很高，这些矿物的损失导致Al、Ca和Mg的贫化。当蒸发的固体颗粒重新凝聚到卵石上时，卵石的浓度进一步提高，潜在地触发流动不稳定性。因此，在陆地区域可以自然地产生由普通的顽火辉石和顽火辉石组成的星子。镁橄榄石的优先损失也产生了增强的Mg/Si和重Si同位素的潜在源区内的普通和顽火辉石。具有这两种特征的地球，可能就起源于普通和顽火辉石诞生的地方。
2020-04-30 astro-ph.EP physics.geo-ph
Carbon Depletion in the Early Solar System
与外太阳系、太阳或ISM中的物体相比，地球和内太阳系中的其他岩石物体的碳含量更低。据信，这是从原始星周物质中选择性去除难熔碳的结果。在这项工作中，我们研究了不可逆的碳释放到气体环境中的光分解和高温分解的耐火碳质材料在早期太阳系的磁盘阶段。我们解析求解一维平流方程，并推导出描述固体中含碳物质在径向和垂直输送影响下的消耗的显式表达式。我们发现这两种耗尽机制在典型条件下都不能再现太阳系的丰度。虽然径向运输仅略微限制光解，但在这些条件下，限制碳消耗的是效率低下的垂直运输。我们明确表明，垂直混合效率的增加，和/或直接照射的磁盘体积的增加，有利于碳消耗。热分解需要一个超过3AU的热的内盘（> 500 K）来耗尽地球和陨石的形成区域。我们发现FU Ori-type爆发产生这些条件，中等难熔化合物耗尽。然而，这样的爆发可能不会耗尽最难熔的含碳化合物超出最里面的磁盘区域。因此，1 AU的难熔碳丰度通常达不到陆地水平。然而，在特定的条件下，我们发现光解和热解相结合，重现太阳系丰度。
2023-01-13 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
Spiral density waves and vertical circulation in protoplanetary discs
螺旋密度波主导着吸积盘动力学的几个方面-行星盘相互作用和引力不稳定性（GI）最突出。虽然它们已经在二维模拟中得到了彻底的研究，但它们在非线性状态下的垂直结构还没有被探索。这种忽视是没有根据的，因为与这些波相关的任何强烈的垂直运动都可能深刻地影响尘埃动力学，尘埃沉降，行星形成和圆盘表面的发射率。在本文中，我们结合线性计算和剪切盒模拟，以调查的螺旋波的垂直结构，为各种多变的分层和波振幅。对于亚绝热分布，我们发现螺旋波发展一对反向旋转极向辊。这些涡结构在非线性区特别强，是由背景垂直熵梯度支持的斜压性引起的。它们也与圆盘的g模密切相关，g模似乎与密度波非线性地相互作用。此外，我们证明了极向辊是无处不在的gravitoturbulence，出现在附近的GI螺旋尾迹，并可能运输颗粒的磁盘中平面。除了阻碍沉积作用和行星形成外，这种现象还可能影响对圆盘散射红外光度的观测。旋涡特征也可能影响年轻的原行星盘中受GI影响的湍流发电机，甚至可能影响星系盘。
2018-02-19 astro-ph.EP astro-ph.HE
Two saturated states of the vertical shear instability in protoplanetary disks with vertically varying cooling times
原行星盘中的湍流在尘埃演化和星子形成中起着重要作用。垂直剪切不稳定性（VSI）是一种能够在盘外区域产生湍流的流体动力学机制。VSI除了垂直剪切之外还需要快速气体冷却。线性稳定性分析表明，VSI可能不会在气体冷却效率低下的中板周围工作。在这项研究中，我们调查的非线性结果的VSI在磁盘与线性VSI稳定的中平面区域。我们进行二维的全球流体动力学模拟的轴对称磁盘与垂直变化的冷却时间。垂直冷却时间曲线确定线性VSI稳定的中平面层和中平面上方和下方的不稳定层的厚度。我们发现，在非线性饱和状态下，中平面稳定层的厚度决定了VSI驱动湍流的垂直结构。我们确定了两种类型的最终饱和状态：（1）T状态，其特征在于垂直湍流运动渗透到VSI稳定的中面层和（2）pT状态，其特征在于湍流运动局限在不稳定层。当中平面VSI稳定层厚于两个气体刻度高度时，实现pT状态。我们还发现，当位于中平面上方和下方的VSI不稳定区域薄于两个气体尺度高度时，在所有高度处，VSI驱动的湍流都在很大程度上被抑制。我们提出的经验公式，预测VSI驱动的湍流的强度作为不稳定和稳定层的厚度的函数。这些公式将有助于研究如何VSI驱动的湍流和尘埃颗粒控制磁盘冷却效率同时演变。
2022-12-06 astro-ph.EP astro-ph.SR
A thermodynamic view of dusty protoplanetary disks
嵌入气态原行星盘中的小固体会受到强烈的尘埃-气体摩擦。因此，紧密耦合的灰尘颗粒几乎跟随气流。沿着流线的尘埃与气体之比的近似守恒类似于沿着具有弱加热和冷却的（无尘）气体流动的熵的近似守恒。我们把这个热力学类比发展成一个框架来研究原行星盘中的尘埃气体动力学。我们表明，等温含尘气体的行为像一个绝热的纯气体，有限的尘埃气体耦合可以被视为一个有效的加热/冷却。我们利用这种对应关系推断：1）完全耦合的薄尘埃层不会引起轴对称不稳定性; 2）如果尘埃垂直混合均匀，尘埃径向边缘是不稳定的; 3）气流不稳定性必然涉及滞后于尘埃密度的气压响应; 4）尘埃负荷引入浮力，该浮力通常稳定与全球径向温度梯度相关的垂直剪切不稳定性。我们还讨论了其他流体动力学过程（如罗斯贝波不稳定性，对流超稳定性和僵尸涡）的尘埃类似物，以及如何模拟尘埃原行星盘与现有的纯气体动力学代码的微小调整。
2017-10-10 astro-ph.EP
Rayleigh Adjustment of Narrow Barriers in Protoplanetary Discs
在原行星盘中的尖锐密度特征，例如在磁死区的边缘，最近被提出作为有效的障碍，以减缓甚至阻止行星核心向其中心恒星的快速迁移。然而，在接近圆盘垂直尺度高度的径向尺度上的密度特征可能不存在，因为它们可能是瑞利（或更一般的Solberg-Hoiland）不稳定的。在一维粘性吸积盘模型中必须明确地检查稳定性，因为这些不稳定性在减少全套轴对称方程的过程中被人为地消除。盘热力学，通过熵分层，其垂直结构也影响稳定性时，尖锐的密度功能。我们提出了粘性盘模型的瑞利调整的概念：任何密度特征，违反瑞利稳定性（或其推广）应径向扩散的流体动力学湍流的动态时间尺度上，接近边缘稳定性在一个准连续的方式。
2009-11-16 astro-ph.EP
Dust segregation in Hall-dominated turbulent protoplanetary disks
从附近原恒星周围的圆盘发出的尘埃连续体的成像揭示了不同的子结构。近年来，理论上的努力已经加强，以调查多远的内在动力学的原行星盘（PPD）可以导致这些功能。在非理想磁流体力学（MHD）领域的湍流是一个候选人，解释产生的纬向流，可以导致当地的尘埃增强。采用径向变化的圆柱盘模型，考虑初始净磁通的垂直和方位组合，对湍流PPDs中由霍尔效应引起的自组织进行了三维非理想MHD模拟。为此，NIRVANA-III和FARGO 3D MHD代码中加入了新的模块。此外，我们还包括尘埃颗粒，在流体近似处理，以研究它们的演变受到新兴的纬向流。在一个占主导地位的霍尔效应的制度，我们稳健地获得大规模的组织浓度的垂直磁场，保持稳定的数百个轨道。对于磁盘与垂直初始净通量单独，我们确认的纬向流和涡的存在下，引入超开普勒气体流的区域。包括一个中等强度的净方位磁通量可以显着改变的动态，部分地防止自组织的纬向流。当等离子体β参数小于50时，在垂直方向的磁通量中会出现大尺度的近轴对称结构。在所有情况下，我们表明，新兴的功能是能够积累的斯托克斯数范围内的尘埃颗粒。
2019-05-30 astro-ph.EP
