原行星盘的辐射热化学模型 I. 流体静力学盘结构与内边缘

本文介绍了一种新的盘代码 ProDiMo，用于计算原行星盘的热化学结构并解释从紫外到亚毫米波段的谱线发射。我们将频率相关的二维尘埃连续谱辐射传输、动力学气相和紫外光化学、冰形成以及详细的非局部热力学平衡加热与冷却平衡，与流体静力学盘结构的一致计算相结合。我们包含了与恒星附近高密度气体相关的 FeII 和 CO 振转谱线加热/冷却，并采用了修正的逃逸概率处理方法。这些模型的特点是各种物理、化学和辐射过程之间高度一致，其相互反馈通过迭代求解。在应用于一个从 0.5AU 延伸到 500AU 的 T Tauri 盘时，模型呈现出膨胀的内边缘，并表明致密、遮蔽且寒冷的中间平面（z/r<0.1, Tg~Td）被一层高温（5000K）且稀薄（10^7 至 10^8 cm^-3）的原子气体所包围，该气体层径向延伸至约 10AU，垂直方向延伸至 z/r~0.5。该层主要由恒星紫外辐射加热（例如 PAH 加热），并通过 FeII 半禁戒线和 OI 630nm 光学谱线发射冷却。这个“晕”中的尘埃颗粒将星光散射回盘面，从而影响光化学。更远的区域以更冷的耀发结构为特征。在 100AU 以外，即使在中间平面，气体温度也与尘埃温度解耦，达到约 Tg~2Td 的值。我们的模型表明，气体能量平衡是理解垂直盘结构的关键。在假设 Tg=Td 下计算的模型显示出更平坦的盘结构。