低黏滞盘中的III型迁移

我们研究了土星质量行星在低黏滞盘中的III型迁移。发现该行星会经历周期性的轨道半径快速衰减事件，每次衰减量约为几个希尔半径。我们发现这是由于盘中存在的大尺度涡旋的散射所致。探讨了涡旋在III型迁移背景下的起源和作用。通过数值模拟和半解析建模表明，由足够大质量行星诱导的螺旋激波会延伸至接近行星轨道半径处。激波尖端处的涡度产生导致形成具有局部标高特征宽度的薄的高涡度环。对于质量等于或大于土星的行星，这些环是共轨特征，延伸至整个方位角。线性稳定性分析表明，存在不稳定的模态，这些模态定域在局部涡度极小值处，该极小值与间隙边缘重合。模拟表明涡旋是非线性的结果。我们使用流体动力学模拟来检查涡旋-行星相互作用。在运动黏滞系数小于通常采用的典型值 $\nu = 10^{-5}\Omega_pr_p(0)^2$（其中 $r_p(0)$ 和 $\Omega_p$ 分别是行星的初始轨道半径和角速度）约一个数量级的盘中，涡旋效应是存在的。我们发现黏滞系数的大小会影响III型迁移的性质，但不会影响轨道衰减的程度。还探讨了涡旋作为初始盘质量函数的作用，并发现一次涡旋-行星相互作用事件中的轨道衰减量与初始盘质量无关。我们在分析结果中引入了共轨质量亏损的概念，并将其与间隙边缘处涡旋的存在联系起来。