分层原行星盘中巨行星的生长与轨道演化

我们展示了嵌入具有死区的原行星盘中巨行星生长与轨道演化的流体动力学模拟结果。目的是考察死区的存在在多大程度上影响巨行星的质量吸积率和迁移率。我们使用基于网格的流体动力学代码进行了三维数值模拟。在这些非磁化盘的模拟中，死区被处理为一个其粘度的垂直轮廓依赖于距赤道面距离的区域。我们考虑了垂直尺寸 H_dz 从 0 到 H_dz=2.3H（其中 H 是盘标高）的死区。对于所有模型，垂直积分的粘性应力以及通过盘的相关质量通量具有相同的值，因此模拟测试了行星质量吸积和迁移对粘性应力垂直分布的依赖性。对于每个模型，一个嵌入的、固定圆形轨道上的 30 个地球质量的行星被允许从盘中吸积气体。一旦行星质量变得与土星或木星的质量相等，我们允许行星轨道由于与盘的引力相互作用而演化。我们发现，原行星成长为巨行星的时间尺度基本上与死区尺寸无关，仅取决于盘粘性向行星供应物质的总速率。对于土星质量的行星，当 H_dz < 1.5H 时，迁移率仅微弱依赖于死区尺寸，但当 H_dz = 2.3H 时，迁移率变慢。这种效应是由于来自部分间隙区域残余物质的共转扭矩的去饱和所致。对于木星质量的行星，存在一个明显的趋势，即随着死区尺寸的增加，迁移进行得更慢。