湍流尘埃通量驱动的尘埃空洞演化可诱导地球质量行星的失控迁移

围绕嵌入非湍流尘埃-气体盘中的低质量行星，由不对称尘埃结构(即尘埃空洞和纤维结构)产生的扭矩可超过由气体盘组件产生的扭矩，从而主导行星的轨道动力学。本文考察了当考虑湍流尘埃扩散和尘埃反馈效应时，这些结构(即尘埃扭矩)如何变化，并探讨其对地球质量行星迁移的直接影响。我们利用 \textsc{Fargo3D} 代码进行2D和3D多流体水动力模拟，重点关注2D模型中质量为 $M_p=1.5\,M_\oplus$ 的非迁移行星，以及3D模型中质量为 $M_p\in[1.5,12]\,M_\oplus$ 的迁移行星。我们在 $\delta$ 维无量级扩散参数范围为 $[0,3\times10^{-3}]$ 内变化，并考虑三个不同的斯特克斯数 $\mathrm{St}=\{0.04,0.26,0.55\}$，分别代表气体、过渡和重力主导的 regime。我们的2D模型中发现，湍流扩散可防止在 $\delta>3\times10^{-4}$ 时尘埃空洞和纤维结构的形成。否则，尘埃结构可存活湍流扩散。然而，仅在过渡和重力主导的 regime 中，尘埃和总扭矩才为正。我们的3D模型中发现，湍流扩散沿着尘埃的方向以及尘埃的反应效应，使得 $\delta\gtrsim10^{-4}$ 时尘埃空洞被严格修改，高密度环形屏障划定的尘埃空洞消失。对于所有 $\delta$ 值，位于行星前方的纤维被低密度沟壑取代。值得注意的是，当允许行星迁移时，演化中的尘埃空洞可导致失控迁移或向外(向内)振荡-扭矩迁移。我们的研究表明，尘埃盘中的低质量地球质量行星可发生失控迁移。