嵌行星盘中尘埃反向作用诱导的形态特征

最近的观测揭示了邻近原行星盘尘埃成分中的一系列亚结构，包括环、缝、螺旋臂和不对称浓集。对这些亚结构的一种解释是存在嵌埋行星。然而直到最近，大多数用于解释这些观测的建模工作都忽略了尘埃对气体的反向作用。在本工作中，我们针对具有固定圆轨道上行星的等温、无粘、非自引力、极薄尘埃盘进行了局部剪切层模拟。我们系统地考察了由行星质量 ($0.1M_\text{th} \le M_\text{p} \le 1M_\text{th}$，其中 $M_\text{th}$ 为热质量)、无量纲停止时间 ($10^{-3} \le \tau_\text{s} \le 1$) 和固体丰度 ($0 < Z \le 1$) 所张成的参数空间。我们发现，当尘埃颗粒与气体紧密耦合 ($\tau_\text{s} < 0.1$) 时，螺旋臂较不张开，且行星驱动的缝随 $Z$ 增大而加深，这与单一尘气混合物近似中声速降低相一致。相反，当尘埃颗粒边际耦合 ($0.1 \lesssim \tau_\text{s} \lesssim 1$) 时，螺旋结构对 $Z$ 不敏感，且气体中的缝结构可能变得显著偏斜甚至无法辨识。当后者发生时，行星径向外侧的压强极大值被削弱甚至消失，因此低质量 ($M_\text{p} < M_\text{th}$) 行星的尘埃过滤可能减弱或消除。最后，我们发现积聚尘埃的缝边缘以及（若有）大质量行星驱动的不对称大尺度涡旋是不稳定的，它们破碎为众多小尺度尘气涡旋。