环行星盘形成的热力学判据

环行星盘的形成是我们理解巨行星形成过程的核心，它影响着巨行星在失控吸积后阶段的生长速率及其嵌入原行星盘时的可观测性。我们使用 FARGO3D 代码进行 3D 全局多流体辐射流体动力学模拟，以确定在宽轨道上木星行星周围形成环行星盘所需的热力学条件。我们的模拟包括恒星辐照、粘性加热、静态网格细化以及基于演化尘埃流体主动计算的不透明度。我们发现了以平均冷却时间表示的环行星盘形成的必要条件：当冷却时间至少比轨道时间尺度短一个数量级时，气体的比角动量在 $R_{\rm{Hill}}/3$ 尺度上接近开普勒值。我们表明，包含多流体尘埃动力学有利于旋转支撑，因为尘埃沉降产生了各向异性的不透明度分布，从而有利于快速冷却。在我们所有的辐射流体动力学模型中，比角动量随时间演化而减小，这与由于压缩加热形成内部等熵包络相一致。等熵包络可以延伸至 $R_{\rm{Hill}}/3$，并且表现出可忽略的旋转支撑。因此，我们的结果表明，年轻的气态巨行星可能拥有球形的等熵包络，而非环行星盘。