含嵌入行星的星周盘首次三维网格化气尘模拟

在高分辨率（亚）毫米连续谱观测中，星周盘中的子结构无处不在。它们可能由盘中嵌入的形成中的行星引起。为探究观测到的子结构与年轻行星之间的关系，我们开展了新颖的三维双流体（气体+1毫米尘）流体动力学模拟，研究位于距恒星不同轨道距离（5.2AU、30AU、50AU）处、具有嵌入行星（海王星、土星、木星、5倍木星质量）的星周盘。我们将这些模拟转化为合成的（亚）毫米ALMA图像。我们发现，除海王星质量行星外，所有行星都在盘的气体与尘埃组分中打开了环状间隙。我们发现尘埃密度分布的随时间演化明显不同于气体。例如，行星在星周盘中引起了显著的尘埃垂直搅动，这与垂直沉降相反。这形成了比无行星盘更厚的尘埃盘。我们发现该效应极大影响了由合成ALMA图像推导出的尘埃质量。比较三维模拟中的尘埃盘质量与从二维ALMA合成图像推导出的质量，我们发现前者大几倍（最高达10倍），表明真实盘的质量可能显著高于此前基于ALMA连续谱图像、利用光学薄假设与公式所得的认识。最后，我们分析了合成ALMA图像，并给出了行星质量与ALMA图像中间隙宽度之间的经验关系，其中包含了束宽的影响。