层流与湍流星盘中的行星-星盘相互作用

在弱电离星盘中，湍流可以通过垂直剪切不稳定性(VSI)产生。嵌入的行星会感受到作用于其上的扭矩的随机分量，这可能会影响它们的迁移。在这项工作中，我们研究了嵌入原行星盘中不断生长的行星与 VSI 湍流之间的相互作用。我们对包含质量范围在 5 到 100 个地球质量的嵌入行星的局部等温星盘进行了一系列三维流体动力学模拟。我们研究嵌入在无粘性星盘中的行星，该星盘具有 VSI 不稳定性，会变得湍流化并产生有效 $\alpha = 5 \cdot 10^{-4}$ 的角动量传输。将其与使用完全相同 $\alpha$ 值的对应粘性星盘进行了比较。总体上，我们发现行星对星盘湍流的影响很弱。仅对于最大的行星（$100 M_\oplus$），行星内部的湍流活动才会增强。在湍流星盘中，由质量较大的行星（$30, 100 M_\oplus$）产生的间隙的深度和宽度与对应的粘性情况完全相同，导致作用于行星上的扭矩强度非常相似，而 VSI 星盘仅有微小的随机波动。在间隙边缘产生的涡旋在 VSI 星盘中更强且寿命更长。低质量行星（$M_p \leq 10 M_\oplus$）在两种情况下都不会在星盘中打开间隙，但在湍流星盘中会在行星后方产生一个施加显著负扭矩的超密度区。这可以使 VSI 湍流星盘中的向内迁移远超 Type I 速率。由于现实三维星盘中有限的湍流水平，间隙深度将始终受限，且迁移不会在无粘性星盘中停滞。