Streaming instabilities in accreting and magnetized laminar protoplanetary disks
流动不稳定性是卵石形成星子的最有希望的途径之一。因此，了解这种不稳定性在原行星盘中预期的现实条件下如何运作，对于评估行星形成的效率至关重要。当代的原行星盘模型表明，磁场是通过大规模层状磁应力驱动气体吸积的关键。然而，这种磁场对流动不稳定性的影响还没有被详细研究。为此，我们研究了原行星盘中尘埃、磁化气体的稳定性。我们发现，流动的不稳定性可以增强被动的磁转矩，甚至坚持在没有一个全球径向压力梯度。在这种情况下，不稳定性归因于尘埃和气体之间的方位角漂移，不像经典的流不稳定性，这是由径向漂移驱动。这表明，流动的不稳定性可以保持有效的内部尘埃捕获吸积盘的压力隆起。当考虑垂直带电场时，我们发现尘埃反馈可以抑制磁旋转不稳定性，而经典的流不稳定性可以通过磁扰动来稳定。我们还发现，阿尔文波可以不稳定的尘埃气体漂移，但这种不稳定性需要接近理想的条件。我们讨论了这些结果的尘埃动力学和星子形成的原行星盘的可能影响。
2021-11-19 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
Effects of dust feedback on vortices in protoplanetary disks
我们进行了二维高分辨率模拟研究尘埃反馈对大质量行星在原行星盘中诱导的涡旋演化的影响。考虑了不同的初始尘埃与气盘表面密度比（$0.001$ -$0.01$）和尘埃颗粒尺寸（斯托克斯数$4\times10^{-4}$ - $0.16$）。我们发现，当尘埃颗粒向内迁移时，漩涡在收集它们方面非常有效。当尘埃密度变得与涡旋内的气体密度相当时，动力学不稳定性被激发，它改变了相干涡度模式并破坏了涡旋。初始尘气密度比越大，粉尘颗粒越大，粉尘反馈作用越强。因此，我们发现，磁盘涡寿命可以减少到一个因素的10。我们讨论了我们的研究结果的生存性的旋涡在原行星盘和行星形成的影响。
2014-10-15 astro-ph.EP
On the Stability of Dust-Laden Protoplanetary Vortices
通过原行星盘中尘埃层的引力不稳定性形成星子，需要有局部斑块，尘埃集中在背景值的几个$\times 10^3$的$\sim$因子上。原行星盘中的旋涡可能会将尘埃浓缩到这些值，使它们成为星子的温床。与背景盘相比，涡旋核心中的尘埃浓度增加了核心的尘气比，形成了“重涡旋”。“在这项工作中，我们表明这些漩涡受到一种不稳定性的影响，我们称之为重核不稳定性。使用Floquet理论，我们表明，这种不稳定性发生在椭圆形的原行星涡旋时，气体尘埃密度的核心的漩涡是重的比周围的气体尘埃密度的百分之几十。重核不稳定性增长非常迅速，增长时间尺度为几个涡旋旋转周期。虽然这种不稳定性的非线性演化仍然未知，但它可能会增加漩涡中尘埃层的速度分散，因为不稳定性在足够的尘埃聚集形成原行星种子之前就开始了。因此，这种不稳定性可能会阻止旋涡成为小行星形成的场所。
2010-08-11 astro-ph.EP
Dust capture and long-lived density enhancements triggered by vortices in 2D protoplanetary disks
我们研究尘埃捕获的旋涡和其长期的后果，在全球两种流体无粘磁盘模拟使用一个新的极坐标网格代码RoSSBi。我们进行了迄今为止最长的积分，几百个磁盘轨道，在全球模拟磁盘的尘埃，即2048x4096网格点的最高分辨率。这使得研究尘埃演化远远超出涡旋耗散。我们改变了很大范围的参数，最值得注意的是初始设置中的粉尘与气体的比率在$10^{-3}$至$0.1$的范围内变化。无论初始的灰尘与气体的比例，我们发现快速浓度的灰尘内的漩涡，达到灰尘与气体的比例的顺序统一内的漩涡。我们提出了一个分析模型，很好地描述了旋涡内的灰尘捕获过程，找到一致的结果，所有的灰尘与气体的比例。涡流不稳定性的发展必然导致涡流的破坏。涡消散后，在大多数情况下形成大尺度的尘埃环，围绕盘环，维持非常高的粉尘浓度，接近于一阶比。光环的寿命与模拟的持续时间一样长。它们还发展出流动的不稳定性，表现为不同尺度的漩涡，其中尘埃形成致密的高密度团块。如果没有粘性力的强烈耗散，这种团块将不稳定到引力坍缩。当漩涡特别长寿时，环不会形成，但漩涡内的尘埃团成为长寿的特征，并可能因引力不稳定而崩溃。环几乎包含了地球质量的固体物质，而在早期阶段，更大质量的尘埃确实会在漩涡中积累。我们认为，快速星子的形成将发生在尘埃团内的旋涡以及在后涡环。
2016-01-22 astro-ph.EP
Vortices and Dust Devils As Observed by the MEDA Instruments onboard Mars 2020 Perseverance Rover
尘卷风是火星大气中一个重要的，也许是主要的尘埃来源，它在火星的气候中起着关键作用。以前着陆任务的数据集揭示了尘暴活动，限制了它们的结构，并阐明了它们的扬尘能力。然而，每个着陆点和观测季节都表现出独特的气象特性，这些特性塑造了尘暴活动，并有助于阐明它们对环境条件的依赖性。最近发布的火星环境动力学分析仪（MEDA）仪器套件在火星2020毅力漫游者上的数据为沙尘暴研究提供了一个新的宝库。在这项研究中，我们筛选的时间序列从MEDA的压力传感器（PS）和辐射和灰尘传感器（RDS）寻找通过的漩涡和沙尘暴的信号。我们在任务的前89个太阳系中探测到309个漩涡。与预测一致，这些遭遇率超过了InSight和Cursfield的遭遇率。RDS时间序列还使我们能够评估一个经过的涡旋是否可能是尘土飞扬的（因此是一个真正的沙尘暴）或无尘。我们发现，大约四分之一的漩涡显示出灰尘的迹象，虽然不利的遭遇几何形状可能会阻止我们检测其他漩涡的灰尘。除了这些结果，我们还讨论了涡旋研究的前景，因为来自火星2020的额外数据正在处理和提供。
2021-12-20 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
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
Particle Trapping and Streaming Instability in Vortices
本文分析了原行星盘中由径向浮力产生和维持的涡旋中固体颗粒的浓度，即斜压涡旋增长。除了作用在粒子上的气体阻力，我们还考虑到尘埃对气体的反作用。当当地的尘气比接近1时，这一点变得很重要。在我们的2D，本地，剪切片模拟，我们看到高浓度的颗粒内的旋涡的斯托克斯数，${\rm St}$范围很广。对于${\rm St}=1$，1：100的初始尘气比可以很容易地逆转为100：1。增加的尘气比触发了流动的不稳定性，从而违反直觉地限制了最大可实现的超密度。我们发现，即使对于小颗粒（$\rm{St}=0.01$）和低初始尘气比（1：$10^4$），涡旋内部的颗粒捕获也为引力辅助的星子形成提供了可能性。
2015-01-22 astro-ph.EP
Dust-trapping Rossby vortices in protoplanetary disks
行星形成理论中最具挑战性的步骤之一是导致千米大小的星子形成的步骤。一个有希望的设想是存在能够将大量尘埃和颗粒集中在中心的漩涡。到目前为止，这种情况主要是在2D剃刀薄磁盘中研究的。一个三维的研究，包括，同时，垂直沉降的漩涡的形成和由此产生的粉尘浓度，仍然失踪。Rossby波不稳定性自洽地形成3D涡旋，其具有在其中心呈现大尺度垂直速度的独特性质。在这里，我们的目标是研究这种新发现的效应如何改变尘埃的动态演化。我们进行全球三维模拟的RWI在径向和垂直分层磁盘使用代码MPI-AMRVAC。在不稳定性的增长阶段之后，通过双流体方法对气相和固相进行建模，其中灰尘被认为是没有压力的流体。同时考虑了气体对粉尘的拖曳力和粉尘对气体的反作用。使用1 mm至5cm的多种粒度，并具有恒定的密度分布。我们在很短的时间尺度内获得了高浓度的最大颗粒的旋涡。事实上，在3次旋转中，尘埃与气体的密度比从10^-2增加到1，导致质量集中到一个漩涡中的火星。径向漂移的存在也是旋涡半径处灰尘堆积的起源。最后，涡流中的气体的垂直速度导致沉降过程被逆转，mm尺寸的粉尘被提升，并且在上层中获得比在中平面中更高的浓度。
2012-08-24 astro-ph.EP astro-ph.SR
Dynamics of Dusty Vortices I: Extensions and limitations of the terminal velocity approximation
基于含尘涡旋的稳定性，本文研究了无压粉尘流体与气体耦合的终极速度近似方程，并给出了FARGO 3D流体动力学程序中方程的数值求解方法。我们表明，对于原行星盘，它是可以使用的重心速度的粘性应力张量，使它平凡的模拟粘性尘埃原行星盘与此模型。我们还表明，终极速度模型打破了周围的冲击，成为不兼容的两个流体模型，它是来自。最后，我们产生了一组数值方案的测试用例，并证明了我们的代码在这些测试的性能。我们的实现嵌入在FARGO3D使用无条件稳定的显式积分器是快速的，并表现出所需的二阶空间收敛光滑的问题。
2019-07-22 astro-ph.EP astro-ph.IM
Steady state of dust distributions in disk vortices: Observational predictions and applications to transitional disks
阿塔卡马大型毫米波阵列（ALMA）一直在返回过渡盘的图像，其中在外盘中的毫米级尘埃分布中可以看到很大的不对称性。流行的解释借用了涡旋文献，认为这些不对称性是尘埃被困在巨大涡旋中的结果，通过行星间隙边缘的罗斯贝波不稳定性（RWI）激发。由于阻力，被困在漩涡中的灰尘将聚集在中心，并且需要扩散以在磁盘的寿命期间保持稳定状态。虽然以前的工作推导出半解析模型的过程中，在本文中，我们提供了分析稳态的解决方案。某些涡模型存在精确解。该解决方案是由涡流旋转轮廓，气体刻度的高度，涡的纵横比，和粉尘扩散的气体-粉尘摩擦的比率。原则上，所有这些量都可以从观测中得出，这将验证模型，同时也对涡核内的湍流强度进行约束。基于我们的解决方案，我们得到的数量，如气体尘埃对比度，被困的尘埃质量，并在同一轨道位置的尘埃对比度。我们将我们的模型应用于最近成像的Oph IRS 48系统，在观测不确定性的范围内找到值。
2013-07-17 astro-ph.EP astro-ph.SR
Note on dust trapping in inviscid vortex pairs with unequal strengths
本文从理论上研究了由两点涡组成的平面无粘流中输运的微小重被动粒子的运动，以了解涡相互作用过程中粒子的弥散和捕获。尽管粒子的密度很大，但它们不一定会从旋涡中被离心分离出来。结果表明，只要颗粒响应时间和涡强比在适当的范围内，它们在随涡旋转的参考系中可以有不同的平衡位置。稳定性分析表明，这些点中的一些可以是渐近稳定的，因此可以捕获在其吸引盆中释放的粒子。导出了一个完整的捕集图，表明任何涡对都有可能成为尘埃捕集器，只要涡强度比不同于0（单涡）和-1（平移对称涡）。无论是同向旋转还是反向旋转的涡对都存在捕获现象。在后一种情况下，还观察到极限环上的粒子捕获，并通过使用推广到非惯性参考系的Sapsis和Haller方法[Chaos，20，017515，2010]进行确认。
2010-04-07 astro-ph.EP physics.flu-dyn
Planet-induced Vortices with Dust Coagulation in Protoplanetary Disks
在这项工作中，我们研究了如何尘埃凝聚/碎裂将影响的演变和观测外观的漩涡嵌入在一个低粘度盘的大质量行星进行全球二维高分辨率流体动力学模拟。在涡流内，由于其较高的气体表面密度和较陡的压力梯度，灰尘凝结、破碎和漂移（到涡流中心）都是相当有效的，产生从微米到$\sim 1.0\ {\rm cm}$的灰尘颗粒，以及总体上较高的灰尘-气体比（高于1）。此外，尘埃粒径分布在涡旋内部非常不均匀，涡旋中心的质量加权平均尘埃粒径（$\sim 4.0$ mm）比其他涡旋区域大$\sim10$倍。大颗粒（$\sim$ mm）和小颗粒（数十微米）都对涡流内的气体运动产生强烈影响。因此，我们发现，包括灰尘凝聚的涡旋寿命有显着的影响，典型的涡旋寿命约为1000轨道。初始气体涡旋被破坏后，尘埃扩散成一个环，其中残留有少量较小的气体涡旋，这些气体涡旋具有较高的尘埃浓度和较大的最大尺寸（$\sim$ mm）。在后期，凝并情况下的合成粉尘连续图像在1.33 mm波段显示为镶嵌有多个热点的环，而在7.0 mm波段仅保留明显的热点。
2020-03-14 astro-ph.EP astro-ph.SR
Seismometer Detection of Dust Devil Vortices by Ground Tilt
我们报告地震信号的沙漠干盐湖造成的对流涡旋和沙尘暴。长周期（10- 100秒）的信号，倾斜度约为10 $^{-7}$弧度，与涡旋的存在相关，附近的传感器检测到急剧的暂时压力下降（0.2-1毫巴）和尘埃的太阳遮蔽。我们表明，信号的形状和幅度，主要表现为水平加速度，可以近似模拟与一个简单的准静态点负载模型的负压场与地面上作为一个弹性半空间的涡流。我们认为，直径为D、核心压力为ΔPo的尘暴所施加的载荷为~（π/2）ΔPoD $^2$，或者说，对于直径为5 m、2 mbar的典型地卷尘，其载荷约为一辆小汽车的重量。倾斜度取决于距离的平方反比和地面的弹性，我们观察到的大信号部分是由于相对较软的干盐湖沉积物和仪器安装的较浅。地面倾斜可能是探测沙尘暴的一种特别敏感的手段。简单的点荷载模型不能用于短距离的大型尘暴，但是，考虑到涡风和地面速度，结合Sorrells（1971）的工作的更精细的模型可以解释这种情况下的一些更复杂的特征。我们讨论了洞察号火星任务的一些影响。
2015-11-20 astro-ph.EP astro-ph.IM physics.ao-ph
Planetary nurseries: vortices formed at smooth viscosity transition
Rossby波不稳定性的激发和原行星盘外死区边缘大尺度涡旋的发展是解释过渡盘马蹄形亮度分布的主要理论之一。这种涡流的形成需要相对急剧的粘度转变。然而，详细的建模表明，在死区的外缘处的粘度转变是相对平滑的。在这项研究中，我们提出了二维全球，非等温，气尘耦合的流体动力学模拟研究的可能性，涡激发在光滑的粘度转变。我们的模型是基于最近假设的情况下，在尘埃颗粒的表面上的带电粒子的重组的结果，在减少电离分数，反过来，由于磁旋转不稳定的湍流。因此，圆盘粘度的α参数取决于当地的粉尘-气体质量比。我们发现，在死区的外缘的平滑的粘度转变可以成为Rossby不稳定和形成漩涡。一个单一的大规模的旋涡发展，如果光盘的灰尘内容是很好地耦合到气体，然而，多个小规模的旋涡随之而来的情况下，耦合较少的灰尘。由于这两种类型的涡流都被困在死区外缘，它们为灰尘的生长提供了足够的时间。漩涡收集的固体含量可以超过几百个地球质量，而尘埃与气体的密度比通常超过1。因此，这样的旋涡在盘内起到行星苗圃的作用，为星子和最终的行星系的形成提供理想的场所。
2023-02-07 astro-ph.EP astro-ph.SR
Dust concentration and emission in protoplanetary disks vortices
我们研究了原行星盘涡旋中尘埃的浓度和排放。我们扩展了Lyra-Lin解决方案的粉尘浓度的一个单一的颗粒尺寸的幂律分布的颗粒尺寸$n(a) \propto a^{-p}$。假设尘埃守恒的磁盘，我们发现一个分析的尘埃表面密度作为一个函数的晶粒半径。我们计算了尘埃与气体的质量比$ε$的增加和尘埃粒度分布的斜率$p$，由于颗粒分离的漩涡。我们应用这个模型的数值模拟的磁盘包含一个持续的旋涡。由于大颗粒向涡中心聚集，$ε$从背景盘值增加10倍，而$p$从3.5减小到3.0。我们发现在毫米波段的磁盘发射对应的ALMA和VLA的综合观测。在7毫米和1厘米的模拟地图显示出强烈的方位不对称性。这是因为，在这些波长下，盘变得光学薄，而涡旋保持光学厚。大的涡旋不透明度主要是由于尘埃与气体质量比的增加。此外，尘埃粒度分布的斜率的变化使不透明度增加了2倍。我们还表明，包括尘埃散射不透明度大大改变磁盘的图像。
2017-11-03 astro-ph.EP
Inferring Vortex and Dust Devil Statistics from InSight
洞察号任务已经在火星表面运行了近两年的时间，返回了第一次火星地震的探测结果。着陆器还部署了一个气象仪器包和相机，以监测当地的表面活动。这些仪器探测到了边界层现象，包括小尺度的涡流。这些涡旋记录为短暂的负压偏移，与可能产生沙尘暴的涡旋非常相似。尽管我们的分析显示，洞察号遇到了900多个漩涡，并收集了1000多张火星表面的图像，但没有拍摄到活跃的尘暴。尽管缺乏尘暴探测，但我们可以利用涡流探测和洞察号的每日风速测量来了解产生尘暴的边界层过程。我们讨论了我们对InSight气象数据的分析，以评估涡旋和沙尘暴活动的统计数据。我们还推断出涡旋的相遇距离，并由此推断出最大涡旋风速。通过调查可用的图像，我们对携带灰尘的漩涡比例设定了上限（即，有多少是真正的沙尘暴）和估计的起尘阈值风速。将我们的结果与InSight着陆点的天基观测中看到的尘暴轨迹检测进行比较，我们还可以推断涡旋形成轨迹的阈值和频率。将涡旋遭遇和参数与平流风速进行比较，我们发现有证据表明，InSight的高风速可能抑制了沙尘暴的形成，这解释了图像沙尘暴的缺乏。
2021-09-10 astro-ph.EP astro-ph.IM
Self-Sustaining Vortices in Protoplanetary Disks: Setting the Stage for Planetary System Formation
行星形成的核心吸积方案假设星子和行星胚胎是在原行星盘的原始气态阶段形成的。然而，尘埃颗粒如何克服传统的生长障碍还不清楚。最近提出的粘性环不稳定性可以解释在原行星盘中观察到的同心环，假设尘埃颗粒可以降低气体的电导率，从而削弱磁旋转不稳定性。我们提出了一个分析这个模型的帮助下，基于GPU的数值流体动力学模拟耦合气体和尘埃在薄盘限制。在盘的演化过程中，尘埃环变得Rossby不稳定，并分裂成一连串的小尺度涡旋。涡旋形成长期稳定的尘埃结构，这可能是通过流动不稳定性以及直接的引力坍缩形成星子的场所。自维持涡旋现象与系外行星的观测约束相一致，为行星系的形成提供了有利的环境。
2021-07-19 astro-ph.EP astro-ph.SR
Observational diagnostics of elongated planet-induced vortices with realistic planet formation timescales
间隙开放的行星可以产生捕获尘埃的漩涡，这可能解释了一些最新发现的过渡盘中高对比度新月形尘埃不对称性。虽然行星引起的漩涡以前被认为具有集中的形状，但最近的计算工作表明，当模拟考虑到行星吸积质量的相对较长的时间尺度时，这些特征在气体中自然会变得更加细长。在这项工作中，我们进行双流体动力学模拟的漩涡缓慢增长的行星质量的行星盘具有非常低的粘度（$α= 3 \times 10^{-5}$）。我们模拟的尘埃动力学为四个粒径跨越0.3毫米至1厘米，以产生合成ALMA图像。在我们的模拟中，我们发现一个细长的漩涡仍然会捕获尘埃，但不是直接在其中心。由于行星上的螺旋密度波重叠，形成了一个更平坦的压力凸起和中断，尘埃反而围绕着漩涡循环。这种运动（1）通常使峰值偏离中心，（2）使灰尘在更宽的方位角范围$\geq 180^{\circ}$上展开，（3）使方位角轮廓朝向涡旋的前部倾斜，以及（4）还可以在新形成的涡旋中产生双峰。特别是，我们预计，最明确的观测签名，超过$30^{\circ}$的峰值偏移，应该是可检测的$>30\%$的时间在观测的光束直径最多的行星从它的恒星的分离。
2018-10-29 astro-ph.EP
On the local stability of vortices in differentially rotating discs
为了避免固体物质向中心恒星的径向漂移，尘埃被困在原行星盘中的持久漩涡中，这通常被认为是最终导致微行星形成的过程。虽然已经讨论了一些特殊的情况，但尚未对可能的准稳态配置进行详尽的研究，这些配置可用于含尘涡旋及其稳定性，因此它们的可行性或其他作为引力不稳定性的位置，以保持和种子行星形成还不清楚。在本文中，我们推广和扩展著名的Kida解决方案，以获得一系列的稳定状态的解决方案与不同的涡度和尘埃密度分布在其核心，在完美耦合的尘埃和气体的限制。然后，我们提出了一个局部稳定性分析这些配置，考虑局部扰动流线。典型的参数不稳定性的增长率为$~0.05Ω_P$，其中$Ω_P$是旋涡中心的角速度。具有密度过剩的模式可以表现出许多狭窄的参数不稳定带，而具有集中涡源的模式则表现出显着影响其稳定性的内部剪切。然而，这些参数的不稳定性的存在可能不一定会阻止灰尘积聚在涡流的可能性。
2014-10-06 astro-ph.EP
Positive Feedback II: How Dust Coagulation inside Vortices Can Form Planetesimals at Low Metallicity
本研究提出旋涡内尘埃捕获与凝聚的正反馈机制，结合解析模型验证其协同效应，发现该机制比流动不稳定性相关机制更强大，可在低金属丰度及全盘旋涡形成区形成星子。
2025-04-08 astro-ph.EP
How to form compact & other longer-lived planet-induced vortices: VSI, planet migration, or re-triggers, but not feedback
本文通过高分辨率二维和三维流体动力学模拟，研究行星诱导涡旋的形态与寿命，发现紧凑核心可由高质量行星再形成或VSI小涡旋产生，行星迁移也能延长寿命，但三维尘埃反馈并非成因。
2023-12-05 astro-ph.EP
Gap and rings carved by vortices in protoplanetary dust
原行星盘中的大尺度涡旋被认为会形成并存在很长一段时间。因此，它们可以显着改变全球盘的演变，特别是嵌入气体中的固体颗粒的分布，这可能解释了最近在亚毫米和毫米波长下观察到的不对称性和尘埃浓度。我们用一个简单的由巨大的气体涡旋组成的原行星盘模型研究了尘埃颗粒的空间分布。我们探讨了结果对晶粒尺寸的依赖性，并推导出可能的后果和预测的观测尘埃热发射在亚毫米和毫米波长。全球二维模拟与双流体代码被用来遵循一个单一的人口的固体颗粒的气体动力学耦合的演变。利用ALMA和ngVLA观测的模拟器得到了可能的尘埃热辐射观测信号。我们发现，一个巨大的涡旋不仅可以捕获Stokes数St < 1的尘埃颗粒，而且还可以影响较大颗粒（St '~' 1）的分布，从而在由不完全捕获的颗粒组成的环上雕刻出一个间隙。结果是不同的颗粒尺寸和相关的磁盘观测中可能的签名。尘埃空间分布中的间隙清除可能是由于与巨大的气体涡旋及其相关的螺旋波的相互作用，而没有行星的引力帮助。因此，在较短的亚毫米波长处的强尘埃浓度与较长的毫米和厘米波长处的间隙和不规则环相关联，这可能表明存在看不见的气体涡旋。
2017-06-21 astro-ph.EP
Vortex survival in 3D self-gravitating accretion discs
大规模的尘埃旋涡可能是观测到非对称原行星盘的原因。盘状涡旋也是通过集中尘埃颗粒加速微行星形成的潜在场所。然而，在3D光盘涡受到破坏性的“椭圆不稳定性”，这降低了他们的生存能力，灰尘陷阱。因此，在三维吸积盘中的旋涡的生存是一个重要的问题来解决。在这项工作中，我们进行剪切箱模拟表明，光盘自重增强三维涡流的生存，即使在经典意义上的自重是弱的（例如，与Toomre $Q\simeq5$）。我们发现一个三维的，自引力涡可以生长在长期的时间尺度上，尽管椭圆不稳定性。涡的展弦比随强度的增加而减小，从而加剧了椭圆不稳定性。其结果是一个三维涡流的湍流核心，持续为$\sim 10^{3}$轨道。我们发现，当重力和流体动力应力变得可比，涡可能会经历幕式爆发，我们解释为椭圆形和重力不稳定性之间的相互作用。我们估计尘埃粒子的分布在自引力，湍流旋涡。我们的研究结果表明，大尺度的旋涡在原行星盘更容易观察到在大半径。
2018-05-15 astro-ph.EP
The Prospects for Hurricane-like Vortices in Protoplanetary Disks
当原行星盘中尘埃颗粒表面的冰升华时，它将其水升华的潜热加到周围的气流中。借鉴地球上的热带气旋提供的类比，我们调查，如果这个能源是足够的，以维持或放大反气旋盘涡，否则将成为牺牲品粘性耗散。由探索性二维模拟支持的分析处理表明，即使是适度的欠饱和流动也可以延长涡旋的寿命，可能足以帮助粒子捕获和星子形成。我们预计，这种机制发生的最佳条件将被发现附近的磁盘的水冰线，如果湍流运动取代气体包裹的热力学平衡与尘埃中面。
2022-04-06 astro-ph.EP
Dust traps in the protoplanetary disc MWC 758: two vortices produced by two giant planets?
解析的ALMA和VLA观测表明，在MWC 758的原行星盘中存在两个尘埃陷阱。通过二维气体+尘埃流体动力学模拟后处理与三维尘埃辐射转移计算，我们表明，在散射光的螺旋，偏心，不对称的环和新月形结构（亚）毫米都可以由两个巨大的行星：1.5木星质量的行星在35 au（内的螺旋）和5木星质量的行星在140 au（外的螺旋）。外行星在其间隙的内边缘（约85 au）形成了一个尘埃捕获涡旋，这个尘埃捕获器的连续辐射很好地再现了ALMA和VLA观测。外行星触发了几个螺旋臂，这些螺旋臂与在偏振散射光中观察到的类似。内行星也在其间隙的外缘（约50天文单位）形成了一个漩涡，但由于圆盘的湍流粘性，它比外行星引起的漩涡衰减得更快。涡旋衰减可以解释ALMA观测到的偏心内环以及VLA观测中该尘埃陷阱的低信号和较大的方位角扩展。找到这两颗巨行星的热量和运动学特征可以验证所提出的方案。
2019-03-15 astro-ph.EP astro-ph.SR
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
Pebble trapping in vortices: three-dimensional simulations
由于盘状涡旋能够捕获大量的鹅卵石，因此被认为是行星形成的有希望的途径。虽然在文献中已经足够详细地研究了二维涡旋的气体运动和捕获特性，但是由于较高的计算需求，三维中的卵石捕获受到的关注较少。在这里，我们使用的三维涡程序来研究由对流超稳定性和捕获的固体在其中产生的三维涡。气体是不分层的，而卵石由于垂直重力而沉降到中平面。我们发现，对于标准化的摩擦时间St = 0.05和St = 1，和灰尘-气体比$\varepsilon=0.01$的卵石，涡柱在中平面强烈扰动。然而，当初始的灰尘与气体的比例是减少的旋涡保持稳定，并作为有效的卵石陷阱的功能。即使在我们假设的最低尘气比（$\varepsilon_0 = 10^{-4}$）和最小卵石尺寸（St = 0.05）下，也会触发流动不稳定性，这表明即使在极端的太阳下金属丰度下，涡核中的微行星也会形成。为了估计所达到的超密度是否可以仅仅由它们自己的引力保持在一起，我们估计了不同半径处的洛希密度。根据圆盘模型和卵石团的径向位置，我们确实达到了高于罗氏密度的浓度。我们推断，如果卵石的自引力也包括在内，那么引力坍缩很可能发生。
2021-04-12 astro-ph.EP
Dust-driven vortex cascades originating at water snow regions: A pathway to planetesimal formation
本研究通过全球二维气尘耦合流体动力学模拟，发现原行星盘水雪线区域的温度子结构能触发自维持的Rossby涡旋级联，有效聚集尘埃并促进星子及行星核的快速形成。
2025-05-30 astro-ph.EP
Planetesimal formation in self-gravitating discs -- dust trapping by vortices
在原行星盘中，一米大小的巨石成长为千米大小的星子的机制是一个积极研究的课题，因为它对行星形成至关重要。为了避免由于空气动力学阻力而螺旋进入原恒星，物体必须从厘米大小的鹅卵石（与气体紧密耦合）迅速成长为直径1- 100米的大石头。已经公知的是，盘的气体成分中的过密度提供了用于收集固体的潜在位置，并且盘的气体成分中的显著密度结构（例如，螺旋密度波）可以足够有效地捕获固体，使得盘的固体成分由于其自身的自重而经历进一步的引力坍缩。在这项工作中，我们采用PENCIL代码进行本地剪切片模拟大规模的自引力原行星盘，研究反气旋瞬态涡，或涡流，在这些磁盘上的固体的演变的影响。我们发现，这些类型的结构是非常有效的集中小型和中型尘埃颗粒的摩擦时间相当，或小于，当地的轨道周期的磁盘。这可能导致圆盘的固体成分中的密度明显过高，密度增加与螺旋密度波中的密度增加相当，甚至更高;增加固体引力坍缩成束缚结构的速率。
2015-08-12 astro-ph.EP astro-ph.SR
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
Vortex-Induced Rings and Gaps within Protoplanetary Disks
本文通过二维流体动力学模拟发现，原行星盘中长寿命涡旋可产生密度波，其角动量通量比行星诱导波高两个数量级，从而在无粘性盘中形成可被ALMA探测的尘埃环与间隙。
2024-12-17 astro-ph.EP
Dust Clumping in Outer Protoplanetary Disks: the Interplay Among Four Instabilities
本研究通过三维全局模拟，揭示了外原行星盘中VSI、SI、RWI和KHI四种不稳定性相互作用导致尘埃强烈聚集，其中仅少数涡旋中的聚集足以形成星子。
2025-04-22 astro-ph.EP astro-ph.SR
Particle Concentration At Planet Induced Gap Edges and Vortices: I. Inviscid 3-D Hydro Disks
我们利用全球二维和三维无粘流体动力学模拟，系统地研究了嵌入行星的原行星盘中尘埃粒子的动力学。拉格朗日粒子已被实施到磁流体动力学程序雅典娜与柱坐标。我们发现两个不同的结果取决于嵌入行星的质量。在低质量行星（$8 M_{\oplus}$）的存在下，两个狭窄的间隙开始在行星两侧的气体中打开，密度波冲击。这些浅间隙可以显著地影响粒子漂移速度，并导致显著的、大致轴对称的尘埃损耗。另一方面，一个更大质量的行星（$>0.1 M_{J}$）雕刻出一个更深的裂缝，边缘尖锐，这是不稳定的漩涡形成。具有宽尺寸范围的颗粒（$0.02<Ωt_{s}<20$）被捕获并沉降到涡旋中的中平面，具有$Ωt_{s}\sim 1$的颗粒具有最强的浓度。粉尘浓度在$ϕ$方向上高度伸长，并且在径向方向上可以宽至4个盘尺度高度。在一个非常非轴对称的方式，可以增加超过10倍的$^2$的旋涡内的灰尘表面密度。对于非常大的粒子（$Ωt_{s}\gg 1$），我们发现强烈的偏心率激发，特别是在行星周围和附近的平均运动共振，促进间隙开放。我们的研究结果意味着，在弱湍流原行星盘区域（如“死区”）的尘埃颗粒具有非常广泛的尺寸范围可以被困在间隙边缘和内部的旋涡诱导行星与$M_{p}<M_{J}$，可能加速星子和行星的形成，并引起独特的功能，可以探测ALMA和EVLA。
2014-02-06 astro-ph.EP
Slowly-growing gap-opening planets trigger weaker vortices
在低粘度的圆盘中存在一颗巨大的行星可以在圆盘的径向密度轮廓中产生一个足够尖锐的间隙边缘，以激发罗斯比波不稳定性。这种不稳定性可能会演变成尘埃捕获涡，这可能会解释最近观察到的不对称过渡盘与内腔的“香蕉形”功能。以前的行星诱导涡旋的流体动力学模拟忽略了数百到数千个轨道的时间尺度，以使一个巨大的行星成长为200亿美元。在这项工作中，我们研究了一个巨大的行星的失控增长的时间尺度上产生的漩涡的寿命和特性的影响。对于两种不同的行星质量（1和5木星质量）和两种不同的圆盘粘度（$α$ =3 $\times 10^{-4}$和3 $\times10^{-5}$），我们比较了10和4000个行星轨道之间几种不同增长时间尺度的行星诱导的涡旋。一般来说，我们发现缓慢生长的行星会产生明显较弱的漩涡，其寿命和表面密度会减少超过$50\%$。对于较高的盘粘度，在我们的研究中最长的增长时间尺度完全抑制涡旋的形成。此外，缓慢生长的行星产生的漩涡被拉长了两倍，在某些情况下，方位角的范围远高于$180^{\circ}$。这些独特的细长漩涡可能会在尘埃观测中产生一个独特的特征，将它们与更集中的漩涡区分开来，这些漩涡对应于具有更快生长时间尺度的行星。最后，我们发现涡旋形成所需的低粘度可能会阻止行星快速增长，从而引发自洽模型的不稳定性。
2017-01-20 astro-ph.EP
Vortices in self-gravitating gaseous discs
涡旋被认为在千米大小的微行星的形成中起着重要作用。然而，涡动力学通常在非自引力圆盘中进行研究。这里的主要目标是研究盘自重对涡动力学的影响。为此，我们采用二维自引力剪切片近似。采用了一个简单的冷却规律与恒定的冷却时间，使光盘沉降到一个准稳定的重力湍流状态。在这种状态下，旋涡出现作为瞬态结构经历反复出现的形成阶段，增长到与局部金斯尺度相当的大小，并由于自重力和背景开普勒剪切的综合影响而最终剪切和破坏。每个阶段通常持续约2个轨道周期或更少。因此，在自引力盘中，涡旋演化的整体动力学图像是不规则的，由许多处于不同演化阶段的瞬态涡旋组成，因此，具有不同的尺寸，直到局部Jeans尺度。涡旋在演化过程中产生密度波，密度波变成激波。因此，密度波和涡旋的动力学是耦合的，这意味着，在一般情况下，应该考虑涡旋和螺旋密度波模式，以获得正确的理解自引力盘动力学。我们的研究结果表明，鉴于这种不规则的和快速变化的字符的旋涡演变的自引力盘，它可能是难以有效地捕获尘埃粒子。然而，需要进一步研究嵌入自引力气体圆盘中的尘埃颗粒的行为，以加强这一结论。
2009-01-12 astro-ph.EP
Estimating the Heights of Martian Vortices from Mars 2020 MEDA Data
小的对流漩涡在火星上无处不在，经常是沙尘暴，它们在气象数据中产生可检测的信号--压力、温度、风速和方向。对流涡旋除了是火星尘埃收支的重要贡献者外，还可以作为边界层的探测器，提供对流不稳定性、边界层日变化和地表-大气相互作用的线索。使用涡流作为边界层探测器需要详细了解它们的性质和发生率之间的联系以及产生它们的条件。幸运的是，来自火星2020毅力号火星车上的火星环境动力学分析仪（MEDA）仪器套件的数据越来越多，有望阐明这些关系。在这项研究中，我们提出了一个目录的涡旋探测任务溶胶90日至179日，以支持我们以前的目录溶胶15日至89的基础上。与预测一致，我们发现在任务的后半部分比前半部分遇到更多的漩涡。除了分析来自这些涡旋遭遇的压力信号之外，我们还使用高斯过程分析来恢复同期的温度信号。通过将这些信号与一个长期建立的热力学模型相结合，我们估计了涡旋的高度，并发现了与以前的工作和火星边界层日增长和衰减的证据相一致的结论。我们还讨论了利用火星涡旋遭遇进行额外的边界层研究的前景。
2022-08-17 astro-ph.EP
Dynamical signatures of Rossby vortices in cavity-hosting disks
背景：行星形成于年轻的气体和尘埃盘中。通过热辐射追踪后者，在少数情况下观察到强烈的不对称团块。这些尘埃陷阱可能是理解行星形成早期阶段的关键，当时固体从微米大小增长到微行星。目的：涡旋是少数已知的不对称尘埃捕获方案之一。目前的工作旨在预测他们的特点，在一个互补的观察。也就是说，视线速度非常适合于追踪涡流的存在。此外，磁盘的动力学是最近的发展。方法：进行二维流体模拟，其中在气体耗尽区域的边缘处形成涡流。我们推导出理想化的视线速度图，不同的磁盘温度和方向相对于观察员。感兴趣的信号，作为一个小的扰动，占主导地位的轴对称分量的速度，可以隔离在观测数据中使用的代理占主导地位的准开普勒速度。我们建议，观测主轴上的速度曲线是这样一个代理。结果如下：将我们的方法应用于HD 142527周围的磁盘作为研究案例，我们预测视线速度几乎检测到目前可用的设施，根据磁盘温度。我们表明，相应的螺旋图案也可以检测到类似的光谱分辨率，这将有助于区分替代解释。
2020-07-16 astro-ph.EP astro-ph.SR
The Interplay between Dust Dynamics and Turbulence Induced by the Vertical Shear Instability
本研究通过二维和三维全局模拟，探讨原行星盘中垂直剪切不稳定性（VSI）与尘埃动力学相互作用，发现尘埃反作用抑制VSI波纹模式，但促进罗斯比波不稳定性涡旋中的尘埃集中。
2025-04-24 astro-ph.EP
Are protoplanetary disks born with vortices? -- Rossby wave instability driven by protostellar infall
我们进行了双流体，二维全球流体动力学模拟，以测试是否原恒星落入可以触发Rossby波不稳定性（RWI）在原行星盘。我们的研究结果表明，降落可以触发的RWI和产生的涡旋附近的质量降落在磁盘的外缘（即离心半径）。我们发现，RWI是在各种条件下触发的，虽然细节取决于磁盘参数和下落模式。触发RWI的共同关键特征是由下落区域外边缘的局部密度增加引起的方位角速度的陡峭径向梯度。当不稳定性进入非线性区域时，旋涡形成。在我们的标准模型中，自引力被忽略，旋涡在$\sim 20$局部轨道时间内合并成单个旋涡，合并的旋涡在计算的剩余时间（$> 170$局部轨道时间）内存活。旋涡参与向外的角动量输送，雷诺应力为$\lesssim10^{-2}$。我们的双流体计算表明，涡旋有效地捕获尘埃粒子的轨道时间的顺序的停止时间，局部提高适当大小的颗粒的灰尘气体比的一个因素，$\sim 40$在我们的标准模型。然而，当考虑自重力时，涡流往往会受到阻碍而无法合并，最终可能会消散。我们的结论是，很可能有原行星盘有良好的条件，在原恒星的下降阶段，这可能会促进早期行星核心的形成。
2015-03-09 astro-ph.EP
Planet formation at the inner edge of the dead zone II. Outbursts, rings, vortices, and suppression of planetesimal formation
Ludwig-Maximilians-Universität München（慕尼黑大学）；Universitäts-Sternwarte（大学天文台）；Max Planck Institute for Astronomy（马克斯·普朗克天文学研究所）；Exzellenzcluster ORIGINS（ORIGINS 卓越集群）
通过高分辨率二维辐射流体动力学模拟，发现吸积爆发在罗斯比波不稳定性下产生大量小尺度涡旋，合并后形成单一紧凑涡旋，强烈抑制星子形成，但爆发后星子形成会恢复。
2026-06-11 astro-ph.EP
Rossby Wave Instability and Substructure Formation in 3D Non-Ideal MHD Wind-Launching Disks
本研究通过非理想MHD数值模拟发现，风驱动原行星盘中的气体环间隙结构会因罗斯贝波不稳定性形成两类涡旋，虽不破坏环隙结构，但为解释非轴对称尘埃特征提供了新可能。
2024-08-14 astro-ph.EP
Gas and dust hydrodynamical simulations of massive lopsided transition discs - I. Gas distribution
基于在一些大质量过渡盘中观测到的不平衡结构，我们对大质量盘中的涡旋结构进行了二维数值模拟，包括盘的自引力效应和不平衡结构引起的中心恒星偏离系统重心的间接力.当只包括间接力时，我们证实了Mittal & Chiang（2015）的发现，即只要盘星质量比> 1%，涡旋就会变得更强，并且可以超过两个压力标度高度。这样宽的涡旋可以在圆盘中激发出强烈的密度波，从而迅速向内迁移。然而，当在模拟中也考虑圆盘自重力时，自重力对涡结构起着更突出的作用。我们证实，当盘Toomre Q参数小于pi/（2h），其中h是盘的纵横比，涡显着减弱，其向内迁移显着减慢。最重要的是，当盘的质量足够大（例如Q~3）时，我们发现不平衡气体结构以明显低于局部开普勒速度的速度绕恒星运行。这种次开普勒模式的速度可以导致尘埃粒子的浓度在半径超过不平衡的气体结构（如论文II所示）。总的来说，光盘自重调节大规模光盘和大规模光盘内的气体和尘埃分布的旋涡之间的径向位移的旋涡结构可能会被探测到未来的观测。
2016-01-21 astro-ph.EP astro-ph.GA
The roles of latent heating and dust in the structure and variability of the northern Martian polar vortex
火星冬季极涡的位涡结构是环形的，这是观测、再分析和一些数值模拟中发现的现象。最近的一些模拟研究提出，大气二氧化碳在冬季极地的冷凝是通过释放潜热维持环的一个因素。沙尘和地形强迫也是极涡内部和年际变化的原因。然而，这些因素之间的耦合仍然是不确定的，和以前的研究，其对涡旋结构和变化的影响在很大程度上限于一个单一的火星全球气候模式（MGCM）。在这里，通过进一步开发一种新的MGCM，我们分解的相对作用的潜热和灰尘的驱动程序的变化和结构的火星北部极地涡旋。我们还考虑了火星地形如何修改驾驶反应。还通过分析再分析数据集，我们表明，有显着的依赖性极涡结构和变异的观测同化。在模式和再分析中，高大气尘埃负荷（如全球沙尘暴期间所见）可以破坏涡旋，导致中低高度（> 0.1 hPa）PV的破坏，并显着降低空间和时间的涡旋变率。通过我们的模拟，我们发现，尘埃和地形的组合主要驱动整个火星年的涡旋活动，虽然潜热释放可以产生一个环形涡旋，它有一个相对较小的影响涡旋的变化。
2021-09-29 astro-ph.EP physics.ao-ph physics.geo-ph
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
Convective Overstability in Radially Global Protoplanetary Disks. II. Impact on planetesimal formation
本文通过径向全局原行星盘模拟研究对流超稳定性（COS）对尘埃动力学的影响，发现COS产生的大尺度涡旋能在较低金属丰度下引发尘埃聚集，揭示其对星子形成的重要作用。
2025-03-03 astro-ph.EP
Induced Turbulence and the Density Structure of the Dust Layer in a Protoplanetary Disk
本文从尘埃吸积的能量学出发，研究了原行星盘尘埃层中的湍流。我们估计湍流强度提供的能量由尘埃吸积，使用径向漂移速度的尘埃粒子在层流盘。我们的湍流强度的估计同意与以前的分析和数值研究引起的开尔文-亥姆霍兹和/或流不稳定性的粒子的停止时间小于开普勒时间的湍流。对于这样的小颗粒，当气盘的尘气比为~C_eff^（1/2）（h_g / r）~ 10^（-2）时，预计会出现最强的湍流，其中C_eff ~ 0.2表示对湍流的能量供应效率，h_g / r ~ 5 × 10^（-2）是气盘的长宽比。最大粘性参数为α_max ~ C_effT_s（h_g / r）^2 ~ 10^（-4）T_s，其中T_s（<1）为尘埃粒子的无量纲停留时间。通过任何方法使尘气比偏离标准值10^（-2），都会导致湍流减弱和粉尘层变薄，从而可能加速粉尘颗粒的生长过程。
2011-09-22 astro-ph.EP
Rossby Vortices in Thin Magnetized Accretion Discs
利用磁流体动力学（MHD）程序PLUTO研究了初始为环形磁场的薄吸积盘中的Rossby波不稳定性。我们发现，对于等离子体$10^1 < β< 10^3$，生长速率和后期的时间密度被抑制，而对于等离子体$β> 10^3$，磁场的影响可以忽略不计。最初的环形场在涡流内部扭曲，并在后期被排出。这在涡流区域外部产生了径向定向的场，这可以通过旋转流体中的磁场的简单运动学模型来理解，并且可以通过极化灰尘排放来观察。
2018-07-29 astro-ph.EP
Electric heating and angular momentum transport in laminar models of protoplanetary disks
原行星盘的垂直温度结构关系到与行星形成有关的几个过程，如气体和尘埃颗粒化学、冰线和对流。温度分布受中央恒星的辐射和任何内部热源的控制，例如可能来自气体吸积的热源。本文研究了层流圆盘中磁场的电阻耗散所产生的热量和角动量输运。我们使用当地的一维模拟，以获得垂直温度分布的典型条件下，在内部磁盘（0.5至4 AU）。在辐射非理想磁流体力学框架下，利用对气体电离和不透明度的简单假设，自洽地计算了加热和冷却速率。我们的特点是稳定的解决方案是对称的中平面，这可能与饱和霍尔剪切不稳定模式。我们还研究了全球吸积-喷射结构驱动的电流的耗散。在这两种情况下，我们都获得了足够高的不透明度的显着加热。强磁场可以诱导一个统一的顺序在磁盘中平面的温度增加，对流不稳定的熵分布，和表面发射率相当于一个粘性加热的$α\sim 10^{-2}$。这些结果表明，磁场如何可能驱动有效的吸积和加热弱电离磁盘的湍流可能是无效的，至少对于一系列的半径和年龄的磁盘。
2020-05-06 astro-ph.EP astro-ph.SR
Morphological signatures induced by dust back reaction in discs with an embedded planet
最近的观测揭示了附近原行星盘尘埃成分中的一系列子结构，包括环，间隙，螺旋臂和不平衡的浓度。对这些亚结构的一种解释是嵌入式行星的存在。然而，直到最近，大多数解释这些观测结果的建模工作都忽略了尘埃对气体的反反应。在这项工作中，我们进行局部剪切片模拟等温，无粘，非自引力，剃刀薄尘埃盘与行星在一个固定的圆形轨道。我们系统地研究了行星质量（$0.1M_\text{th} \le M_\text{p} \le 1M_\text{th}$，其中$M_\text{th}$是热质量），无量纲停止时间（$10^{-3} \le τ_\text{s} \le 1$）和固体丰度（$0 < Z \le 1$）跨越的参数空间。我们发现，当尘埃颗粒与气体（$τ_\text{s} < 0.1$）紧密耦合时，螺旋臂的开放程度较低，行星驱动的间隙随着$Z$的增加而变得更深，这与单一尘埃气体混合物近似下的声速降低一致。相比之下，当尘埃粒子是边缘耦合的（$0.1 \lesssim τ_\text{s} \lesssim 1$），螺旋结构是不敏感的$Z$和气体中的间隙结构可以变得显着歪斜和不可识别。当后者发生时，行星轮径向外侧的最大压力被削弱或甚至消失，因此可以减少或消除低质量（$M_\text{p} < M_\text{th}$）行星轮的灰尘过滤。最后，我们发现尘埃颗粒聚集的间隙边缘以及由大质量行星驱动的不平衡的大尺度涡…
2019-11-15 astro-ph.EP
The Role of Thermal Feedback in the Growth of Planetary Cores by Pebble Accretion in Dust Traps
本研究模拟尘埃环中气体与尘埃动力学，发现行星胚胎吸积加热引发的斜压涡旋可增强大颗粒卵石吸积，使其突破经典卵石隔离质量，并在L5点留下可观测尘埃特征。
2025-01-10 astro-ph.EP
Dust settling against hydrodynamic turbulence in protoplanetary discs
提高原行星盘中的局部尘气比是小行星形成的必要的第一步。在层流盘中，灰尘沉降是提高盘中平面处的灰尘与气体比的有效机制。然而，湍流，如果存在的话，可以搅动和提升尘埃颗粒，这最终阻碍了微行星的形成。在这项工作中，我们研究尘埃沉降在原行星盘与流体动力学湍流维持的垂直剪切不稳定性。我们进行轴对称的数值模拟来研究湍流，颗粒大小，固体丰度或金属含量对尘埃沉降的影响。我们强调的积极作用，施加到气体上的尘埃沉降，以克服垂直剪切不稳定的阻力。在典型的圆盘模型中，我们发现具有斯托克斯数$\sim 10^{-3}$的粒子可以沉积到气体标度高度的$\lesssim 10\%$，条件是$Σ_\mathrm{d}/Σ_\mathrm{g}\gtrsim 0.02$ - $0.05$，其中$Σ_\mathrm{d,g}$分别是灰尘和气体的表面密度。这与小颗粒通过流动不稳定性进行聚集的金属性条件相一致。因此，超太阳的金属丰度，至少是局部的，需要一个自洽的图片的小行星的形成。我们的研究结果还意味着，尘埃环中观察到的原行星盘应具有较小的尺度高度比尘埃间隙，环和间隙之间的金属丰度对比超过相应的气体密度的对比。
2019-03-08 astro-ph.EP
Nonlinear evolution of streaming instabilities in accreting protoplanetary disks
流动不稳定性（SI）是通过产生经历引力坍缩的致密尘埃团来触发星子形成的最有希望的候选者之一。因此，了解SI如何在现实的原行星盘（PPD）中运作，对于评估星子形成的效率至关重要。现代的PPD模型表明，大尺度的磁矩或风可以驱动盘中面附近的层流气体吸积。在之前的研究中，我们确定了一种新的线性尘埃-气体不稳定性，即方位角漂移SI（AdSI），适用于此类吸积盘，并且由气体受到扭矩而产生的尘埃和气体之间的相对方位角运动提供动力。在这项工作中，我们提出了第一个非线性模拟的AdSI。我们表明，它可以不稳定的吸积，尘埃盘，即使在没有全球径向压力梯度，这是不同于经典的SI。我们发现AdSI驱动湍流和垂直延伸的尘埃细丝的形成，进行合并。在尘埃丰富的磁盘，合并AdSI丝达到最大的尘埃气体比超过100。此外，我们发现，即使在灰尘贫磁盘的AdSI可以增加当地的灰尘密度两个数量级。我们讨论了可能的作用的AdSI在星子的形成，特别是在吸积的PPD与消失的径向压力梯度的区域。
2022-09-14 astro-ph.EP
