行星驱动螺旋臂中的尘埃动力学

背景。已知原行星盘中存在在散射光、ALMA 连续谱以及最近在 CO 气体发射与气体动力学中观测到的螺旋特征。然而，气体与尘埃中的螺旋是否描绘相同形态尚属未知。目的。我们研究尘埃螺旋的形态与振幅随 Stokes 数的变化，以及导致其与气体螺旋差异的潜在机制。随后我们构建一个模型，将气体中偏离开普勒转动的扰动与气体和尘埃的面密度扰动联系起来。方法。我们使用带尘埃实现的 FARGO-3D 数值研究螺旋，之后用半解析模型解释结果。该模型在观测数据上进行了检验，以基于连续谱数据预测气体动力学中螺旋的扰动。结果。我们发现气体与尘埃间螺旋的螺距角无显著差异。尘埃螺旋的振幅随 Stokes 数（St）减小，并在典型 St > 0.1 时因尘埃与气体退耦而开始消失。半解析模型准确且快速地由气体表征尘埃面密度中的螺旋。我们在 TW Hya 速度残差图中发现此前未见的螺旋，其为垂直速度中的特征，并在连续谱间隙处有扭折，为 99 au 处存在行星提供了有力证据。结论。我们构建了一个给出螺旋中尘埃底层动力学估计的模型，可作为螺旋行星起源的证据，并可作为盘中 Stokes 数的探针。