多流体全局模拟中原行星的三维尘埃与不透明度分布

Hill 球内固体的丰度与分布是我们理解巨行星二分性的核心。本文给出亚热质量与超热质量行星包层中尘埃密度、质量通量及平均不透明度的三维表征。我们在考虑尘埃反馈的全局原行星盘模型中模拟多种尘埃组分的动力学。我们发现经向流不能在 Bondi 球尺度上有效搅动尘埃颗粒。因此由恒星引力势驱动的尘埃沉降设定了行星包层内的纬度向尘埃密度梯度。行星的引力势不仅增强了这一梯度,其螺旋尾迹也构成另一种不对称性来源。这些不对称性显著改变了推断得到的平均 Rosseland 与 Planck 不透明度。在中度至强尘埃沉降情形下,在 Bondi 球的中平面与极区之间,不透明度梯度可从百分之几跨越至两个数量级以上。最后,我们表明这一强纬度向不透明度梯度可在行星包层尺度上引入光学厚与光学薄区之间的转变。我们建议,当百微米尺度颗粒的平衡标高小于形成中行星的 Hill 半径时,该转变很可能发生。本工作对采用由均匀混合分布导出的常数不透明度的做法提出质疑,并论证了需要考虑尘埃动力学的巨行星形成全局辐射流体动力学模型的必要性。