行星诱导间隙边缘的尘埃过滤：对过渡盘的影响

通过进行二维两流体全局模拟，我们研究了尘埃对原行星盘气体成分中由单一行星形成间隙的响应——即所谓的“尘埃过滤”机制。我们发现，在α=0.01、Ṁ=10⁻⁸ M☉/yr的盘中，一颗巨行星在20 AU处打开的间隙可以有效阻止大于0.1 mm的尘埃粒子向内漂移，留下亚毫米尘埃空腔/洞。然而，由于1）尘埃扩散和2）间隙边缘的高气体吸积速度，较小粒子难以被行星诱导间隙过滤。我们还推导了一个解析模型，以理解哪些尺寸的粒子可以被间隙边缘过滤。最后，基于我们对尘埃过滤的最新理解，我们计算了具有可变尘埃尺寸分布的蒙特卡洛辐射传输模型，以生成有间隙盘的光谱能量分布（SED）。通过与过渡盘观测（例如GM Aur）的比较，我们发现仅靠尘埃过滤难以充分耗尽小粒子以解释过渡盘的近红外亏缺，除非在某些极端情况下。之前研究的多个行星打开间隙的场景也面临同样困难。一个可能的解决方案是同时考虑尘埃过滤和内部盘中的尘埃生长。在这种情景下，行星诱导间隙过滤盘中的大尘埃粒子，而通过到内部盘的小尘埃粒子可以在没有大颗粒碎片补充的情况下有效生长。我们还基于所有这些情景对ALMA进行了预测。我们得出结论，盘中的尘埃过滤与行星结合是解释过渡盘子毫米观测的有前景机制，但可能需要与其他过程（如尘埃生长）结合以解释近红外亏缺。