原行星盘中行星诱导涡旋的长期演化

近期对原行星盘中大规模非对称特征的观测表明，此类盘中存在大规模涡旋。已知大质量行星能够在原行星盘中产生深间隙。间隙边缘可能在流体力学上对罗斯贝波/涡旋不稳定性变得不稳定，从而形成大规模涡旋。在本研究中，我们通过进行持续超过 $10^4$ 个轨道周期（在行星轨道处测量）的高分辨率二维流体动力学模拟，考察了这些涡旋的长期演化。我们发现盘粘度对涡旋的出现和寿命均有强烈影响。在观测到非对称特征的外盘区域，我们的模拟结果表明，盘的粘滞系数 $\alpha$ 需要低至 $\sim 10^{-5}$ - $10^{-4}$，才能在某些情况下将涡旋维持数千乃至高达 $10^4$ 个轨道周期。因此，在盘中发现涡旋特征的概率随行星轨道半径的减小而降低。对于 $\alpha \sim 10^{-3}$ 或更大的情况，即使是质量为 5 倍木星质量的行星也难以产生或维持涡旋。我们还研究了不同盘温度和行星质量的影响。我们讨论了我们的发现对当前及未来原行星盘观测的意义。