含尘原行星盘的热力学视角
地球与行星天体物理
2017-11-15 v2
摘要
嵌入气态原行星盘中的小固体受到强烈的尘气摩擦。因此，紧密耦合的尘埃粒子几乎跟随气流。沿流线尘埃与气体比近守恒，这类似于在弱加热和冷却下（无尘埃）气体流动中沿流线的熵近守恒。我们将这一热力学类比发展为一个研究原行星盘中含尘气体动力学的框架。我们证明了等温含尘气体表现得像绝热纯气体；并且有限的尘气耦合可被视为有效的加热/冷却。我们利用这一对应关系推导出：1) 完美耦合的薄尘埃层不能引起轴对称不稳定性；2) 如果尘埃在垂直方向上混合良好，则径向尘埃边缘是不稳定的；3) 流不稳定性必然涉及滞后于尘埃密度的气体压力响应；4) 尘埃负载引入了浮力，这通常能稳定与全局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（例如 Rossby 波不稳定性、对流过稳定性以及僵尸涡旋）的含尘类比，以及如何通过对现有纯气体动力学代码进行微调来模拟含尘原行星盘。
引用
@article{arxiv.1708.02945,
title = {A thermodynamic view of dusty protoplanetary disks},
author = {Min-Kai Lin and Andrew N. Youdin},
journal= {arXiv preprint arXiv:1708.02945},
year = {2017}
}
备注
accepted by ApJ, extended discussions