巨行星吸积的三维全局模拟：对环行星盘结构与吸积率的影响

我们进行了一系列三维模拟，研究原行星盘（PPDs）中嵌入的巨行星在开缝时间尺度上的吸积过程。我们发现吸积质量流主要来自盘中间平面上方的中等纬度区域。对于超热行星，其环行星盘（CPD）在直至行星希尔半径约20–30%的范围内由自转支撑。尽管CPD中间平面同时存在质量流入和流出，但总体趋势是形成与高纬度流入相结合的经向环流的流出。我们在三维模拟中确认了不存在由大质量行星激发的盘偏心率引起的吸积爆发，这与先前二维模拟的共识相反。这表明即便对于超木星质量行星，也有必要进行吸积的三维模拟。稳态下测得的行星吸积率可分解为“几何”因子和“密度耗尽”因子。通过广泛的参数巡览，我们确定了超热行星（$q_{\rm th}$为热质量比）几何因子的幂律标度$\propto q_{\rm th}^{2/3}$，而对于质量较小的情形则转变为$\propto q_{\rm th}^{2}$。对于温和超热行星，密度耗尽因子受盘吸积率限制；对于高度超热行星，则受开缝限制。适度的行星偏心率可通过使缝变浅将吸积率提高2–3倍，但不影响流几何结构。我们将模拟结果应用于吸积中的原行星系统PDS 70，能够满意地解释观测中的吸积率与CPD尺寸。