原行星盘中的辐射流体动力学湍流：数值模型与观测约束
地球与行星天体物理
2017-12-13 v1
摘要
行星诞生于原恒星盘中，目前的观测分辨率已足以探讨内部气体流动的问题。驱动气体流动的候选机制包括磁力，但电离态估计表明大部分气体质量与磁场解耦。因此，流体动力学不稳定性可能发挥主要作用。我们利用全局三维辐射流体动力学模拟（嵌入粒子、分辨率为每标度高70个网格），研究典型T Tauri系统条件下的盘动力学。恒星辐照加热采用真实的尘埃不透明度。盘初始处于辐射平衡与流体静力平衡的联合状态。垂直剪切不稳定性（VSI）发展为湍流，并至少持续至1600个内轨道（143个外轨道）。湍流速度在中平面处为局部声速的几%，在日冕区增至20%，即100 m/s。这些结果与TW Hya和HD 163296的光学薄和光学厚分子谱线观测给出的湍流速度上限一致。VSI诱导的以垂直运动为主有效地将颗粒向上抬升。0.1 mm和1 mm大小的尘埃颗粒达到的标度高度超过了各向同性湍流预期的值。我们得出结论：虽然分子谱线发射的运动学约束不能直接区分磁性和非磁性盘模型，但HL Tau和HD 163296中测得的微小尘埃标度高度倾向于湍流磁性模型，后者达到较低的垂直动能密度与吸积应力之比。
引用
@article{arxiv.1710.06007,
title = {Radiation Hydrodynamical Turbulence In Protoplanetary Disks: Numerical Models and Observational Constraints},
author = {Mario Flock and Richard P. Nelson and Neal J. Turner and Gesa H. -M. Bertrang and Carlos Carrasco-Gonzalez and Thomas Henning and Wladimir Lyra and Richard Teague},
journal= {arXiv preprint arXiv:1710.06007},
year = {2017}
}
备注
Accepted for ApJ