原行星盘中倾斜与非倾斜嵌入行星的可观测散射光特征

过去几年中，VLT/SPHERE 与 Subaru/HiCIAO 等仪器已能拍摄原行星盘的详细散射光图像。这些盘中观测到的许多特征通常被怀疑由嵌入行星引起，理解这些特征的成因需要详尽的理论模型。本工作中，我们利用 PLUTO 代码运行二维与三维流体动力学模拟，研究具有嵌入的 30 M$_{\oplus}$ 与 300 M$_{\oplus}$ 行星（位于倾斜 $i = 2.86^{\circ}$ 与非倾斜轨道）的原行星盘的盘-行星相互作用，采用 $\alpha$-黏滞系数为 $4 \times 10^{-3}$。我们使用辐射转移代码 RADMC3D 生成这些盘在 \emph{H 波段} 波长的合成散射光图像。我们发现，尽管倾斜与非倾斜行星的二维与三维模拟中表面密度演化相当相似，其观测外观却显著不同。合成 \emph{H 波段} 图像中可见的大部分特征与盘在中平面上下约 3.3 个标高处的密度变化有关，这凸显了三维模拟的必要性。持续轨道倾斜的行星会破坏盘的上层大气，产生截然不同的可观测特征与强度剖面，包括阴影效应以及约为周围背景 10-20 倍的强度变化。对于 \emph{H 波段} 波长，高质量行星所产生盘缝至中平面的垂直光学深度为 $\tau \approx 20$。我们得出结论：即便对于缝中的大质量行星，直接成像观测盘中嵌入行星仍十分困难。