霍尔效应控制的原行星盘气体动力学：II. 面向外盘的全 3D 模拟
地球与行星天体物理
2015-06-22 v1 太阳与恒星天体物理
摘要
我们对具有净垂直磁场 Bz 的原行星盘气体动力学进行了 3D 分层剪切盒 MHD 模拟。基于平衡化学，我们以自洽方式包含了所有三种非理想 MHD 效应：欧姆电阻率、霍尔效应和双极扩散。我们重点关注朝向外部盘半径（5-60 AU）的区域，在该区域欧姆电阻率趋于可忽略不计，双极扩散在跨越盘高度的广阔区域内占主导地位，而霍尔效应在盘中部附近很大程度上控制着动力学。我们发现，在 R=5 AU 附近，当净垂直磁场 Bz 不太弱时，系统会如预期那样启动层流/弱湍流磁离心风。此外，该风能够达到并维持在盘中部具有反射对称性的构型。当场极性反平行（Omega. Bz<0）且 Bz 下降时，系统更容易受到 MRI 的影响，导致径向振荡的外流和非常低效的角动量传输。在 R=30 AU 附近及以外的外盘区域，由于远紫外电离，表层显示出剧烈的 MRI 湍流，从而有效驱动盘吸积。霍尔效应影响中部区域对 MRI 的稳定性，导致平行/反平行场极性下产生强/弱麦克斯韦应力。尽管如此，中部区域仅表现出极弱的湍流。总体而言，基本图像类似于应用于外盘的传统分层吸积情景。此外，我们发现垂直磁通量在大多数 15 AU 以外的模拟中强烈集中到薄的、方位角延伸的壳层中。这是一种与霍尔效应无关的普遍现象，并导致增强的带状流。简要讨论了观测和理论意义以及未来前景。
引用
@article{arxiv.1409.2511,
title = {Hall-effect Controlled Gas Dynamics in Protoplanetary Disks: II. Full 3D Simulations toward the Outer Disk},
author = {Xue-Ning Bai},
journal= {arXiv preprint arXiv:1409.2511},
year = {2015}
}
备注
19 pages, 14 figures, submitted to ApJ in June