原行星盘中行星驱动的螺旋：半解析理论在观测中的局限性

在原行星形成阶段探测它们是现代天文学一个重要但难以实现的目标。通过气体盘中的螺旋尾迹进行运动学探测是实现这一目标的有前景的途径。我们旨在测试一个常用的行星诱导螺旋波半解析模型在低质量和中等质量行星范围内的观测适用性。与先前提出使用该半解析模型解释观测的工作不同，本研究首次分析了速度扰动和密度扰动的结构。我们运行了一组FARGO3D流体动力学模拟，并将其与代码wakeflow中半解析模型的输出进行比较，该输出通过使用模拟作为初始条件求解Burgers方程获得。我们发现，从解析理论导出的速度场在线性区域和非线性区域的界面处不连续。在距离行星0.2 r_p之后，速度场的行为紧密跟随密度扰动。在低质量极限下，解析模型与模拟定性一致，尽管它低估了扰动的方位宽度和振幅，预测了更强的衰减但更慢的激波前沿方位推进。在中等质量范围内，差异增大，导致模拟和解析模型的螺旋螺距角不同。基于强度残差最小化的拟合过程注定失败，因为解析模型与模拟之间的螺距角存在偏差。为了将该模型应用于观测，需要重新审视并考虑更高的行星质量。