Везде

ОФНАстрономический журнал Astronomy Reports

  • ISSN (Print) 0004-6299
  • ISSN (Online) 3034-5170

Влияние вспышек светимости на содержание гальки и ледяных мантий в протопланетном диске

Вы можете
Код статьи
S30345170S0004629925080028-1
DOI
10.7868/S3034517025080028
Тип публикации
Статья
Статус публикации
Опубликовано
Авторы
Топчиева А.П.
  • Аффилиация: Институт астрономии РАН
Молярова Т.С.
  • Аффилиация: Научно-исследовательский институт физики Южного Федерального Университета
Воробьев Э.И.
  • Аффилиация:
    Институт астрономии РАН
    Научно-исследовательский институт физики Южного Федерального Университета
Том/ Выпуск
Том 102 / Номер выпуска 8
Страницы
653-670
Аннотация
Рост пыли — один из ключевых процессов, приводящих к формированию планет в протопланетных дисках. Пыль сантиметровых размеров — галька — необходима для формирования планетезималей в результате потоковой неустойчивости, и играет важную роль в формировании протопланетных ядер и планет-гигантов, а также в обогащении их атмосфер химическими элементами. В работе исследовано влияние вспышек светимости на содержание гальки и ледяных мантий в протопланетном диске. Проведено глобальное моделирование формирования и эволюции самогравитирующего вязкого протопланетного диска с использованием двумерного гидродинамического кода в приближении тонкого диска FEOSAD, который позволяет самосогласованно воспроизводить вспышки светимости. Модель включает в себя тепловой баланс, эволюцию пыли и её взаимодействие с газом, развитие магниторотационной неустойчивости, адсорбцию и десорбцию четырёх летучих соединений (HO, CO, CH и CO), и влияние ледяных мантий на фрагментационные свойства пыли. Показано, что вспышки светимости сильнее влияют на положения линий льдов CO, CH и CO, чем на линии льдов воды. Это связано с тем, что линия льдов HO попадает в область доминирования вязкого нагрева на ранних стадиях эволюции диска, в то время как линии льдов других молекул находятся в области доминирования нагрева излучением звезды и, следовательно, более чувствительны к изменению температуры вследствие вспышки. Тем не менее вспышки светимости приводят к снижению полного количества гальки в диске вдвое из-за распада пыли на мономеры в результате потери водяных льдов, связующих агрегаты в единое целое. Восстановление гальки происходит в течение нескольких тысяч лет после завершения вспышки благодаря столкновительной коагуляции, при этом временные характеристики восстановления значительно превышают времена замерзания воды. Десорбция ледяных мантий происходит в существенно двумерной области диска сложной неосесимметричной формы, что связано с образованием спиралевидных субструктур на ранних стадиях эволюции гравитационно неустойчивого диска.
Ключевые слова
межзвёздная пыль межзвёздная среда протопланетные диски астрохимия
Дата публикации
01.08.2025
Год выхода
2025
Всего подписок
0
Всего просмотров
48

Библиография

  1. 1. A. Morbidelli, M. Lambrechts, S. Jacobson, and B. Bitsch, Icarus 258, 418 (2015), arXiv:1506.01666 [astro-ph.EP]
  2. 2. A. Johansen and M. Lambrechts, Ann. Rev. Earth and Planet. Sci. 45(1), 359 (2017)
  3. 3. A.N. Youdin and J. Goodman, 620(1), 459 (2005), arXiv:astro-ph/0409263
  4. 4. D. Carrera, A. Johansen, and M.B. Davies, Astron. and Astrophys. 579, id. A43 (2015), arXiv:1501.05314 [astro-ph.EP]
  5. 5. L. Testi, T. Birnstiel, L. Ricci, S. Andrews, et al., in Protostars and Planets VI, edited by H. Beuther, R.S. Klessen, C.P. Dullemond, and T. Henning (Tucson: University of Arizona Press, 2014), p. 339, arXiv:1402.1354 [astro-ph.SR]
  6. 6. G. Wurm, G. Paraskov, and O. Krauss, Phys. Rev. E 71(2), id. 021304 (2005)
  7. 7. J. Blum and G. Wurm, Ann. Rev. Astron. Astrophys. 46, 21 (2008)
  8. 8. T. Steinpilz, J. Teiser, and G. Wurm, 874(1), id. 60 (2019), arXiv:1905.11864 [astro-ph.EP]
  9. 9. C. Pillich, T. Bogdan, J. Landers, G. Wurm, and H. Wende, Astron. and Astrophys. 652, id. A106 (2021), arXiv:2108.08034 [astro-ph.EP]
  10. 10. V.G. Elbakyan, A. Johansen, M. Lambrechts, V. Akimkin, and E.I. Vorobyov, Astron. and Astrophys. 637, id. A5 (2020), arXiv:2004.00126 [astro-ph.EP]
  11. 11. E.I. Vorobyov, V.G. Elbakyan, A. Johansen, M. Lambrechts, A.M. Skliarevskii, and O.P. Stoyanovskaya, Astron. and Astrophys. 670, id. A81 (2023), arXiv:2212.01023 [astro-ph.EP]
  12. 12. K. Wada, H. Tanaka, T. Suyama, H. Kimura, and T. Yamamoto, 702(2), 1490 (2009)
  13. 13. B. Gundlach and J. Blum, 798(1), id. 34 (2015), arXiv:1410.7199 [astro-ph.EP]
  14. 14. S. Okuzumi, M. Momose, S.-i. Sirono, H. Kobayashi, and H. Tanaka, 821(2), id. 82 (2016), arXiv:1510.03556 [astro-ph.SR]
  15. 15. S.J. Weidenschilling, Monthly Not. Roy. Astron. Soc. 180, 57 (1977)
  16. 16. S.-i. Sirono, 735(2), id. 131 (2011)
  17. 17. L.A. Cieza, S. Casassus, J. Tobin, S.P. Bos, et al., Nature (London) 535(7611), 258 (2016), arXiv:1607.03757 [astro-ph.SR]
  18. 18. C. Rab, V. Elbakyan, E. Vorobyov, M. Güdel, et al., Astron. and Astrophys. 604, id. A15 (2017), arXiv:1705.03946 [astro-ph.SR]
  19. 19. E.I. Vorobyov, A.M. Skliarevskii, T. Molyarova, V. Akimkin, et al., Astron. and Astrophys. 658, id. A191 (2022), arXiv:2112.06004 [astro-ph.EP]
  20. 20. A. Houge and S. Krijt, Monthly Not. Roy. Astron. Soc. 521(4), 5826 (2023), arXiv:2303.11318 [astro-ph.EP]
  21. 21. A. Topchieva, T. Molyarova, V. Akimkin, L. Maksimova, and E. Vorobyov, Monthly Not. Roy. Astron. Soc. 530(3), 2731 (2024), arXiv:2403.02895 [astro-ph.EP]
  22. 22. D. Schoonenberg and C.W. Ormel, Astron. and Astrophys. 602, id. A21 (2017), arXiv:1702.02151 [astro-ph.EP]
  23. 23. E.I. Vorobyov, V. Akimkin, O. Stoyanovskaya, Y. Pavlyuchenkov, and H.B. Liu, Astron. and Astrophys. 614, id. A98 (2018), arXiv:1801.06898 [astro-ph.EP]
  24. 24. T. Molyarova, E.I. Vorobyov, V. Akimkin, A. Skliarevskii, D. Wiebe, and M. Güdel, 910(2), id. 153 (2021), arXiv:2103.06045 [astro-ph.EP]
  25. 25. J.E. Pringle, Ann. Rev. Astron. Astrophys. 19, 137 (1981)
  26. 26. N.I. Shakura and R.A. Sunyaev, Astron. and Astrophys. 24, 337 (1973)
  27. 27. E.I. Vorobyov and S. Basu, 719(2), 1896 (2010), arXiv:1007.2993 [astro-ph.SR]
  28. 28. E.I. Vorobyov and V.G. Elbakyan, Astron. and Astrophys. 618, id. A7 (2018), arXiv:1806.07675 [astro-ph.SR]
  29. 29. O.P. Stoyanovskaya, E.I. Vorobyov, and V.N. Snytnikov, Astron. Rep. 62(7), 455 (2018), arXiv:1808.02867 [astro-ph.EP]
  30. 30. E.I. Vorobyov, S. Khaibrakhmanov, S. Basu, and M. Audard, Astron. and Astrophys. 644, id. A74 (2020), arXiv:2011.00951 [astro-ph.SR]
  31. 31. O.P. Stoyanovskaya, F.A. Okladnikov, E.I. Vorobyov, Y.N. Pavlyuchenkov, and V.V. Akimkin, Astron. Rep. 64(2), 107 (2020), arXiv:2102.09155 [astro-ph.EP]
  32. 32. T. Birnstiel, H. Klahr, and B. Ercolano, Astron. and Astrophys. 539, id. A148 (2012), arXiv:1201.5781 [astro-ph.EP]
  33. 33. S.A. Balbus and J.F. Hawley, 376, 214 (1991)
  34. 34. N.J. Turner, S. Fromang, C. Gammie, H. Klahr, G. Lesur, M. Wardle, and X.N. Bai, in Protostars and Planets VI, edited by H. Beuther, R.S. Klessen, C.P. Dullemond, and T. Henning (Tucson: University of Arizona Press, 2014), p. 411, arXiv:1401.7306 [astro-ph.EP]
  35. 35. K. Kadam, E. Vorobyov, and S. Basu, Monthly Not. Roy. Astron. Soc. 516(3), 4448 (2022), arXiv:2208.12105 [astro-ph.EP]
  36. 36. J. Bae, L. Hartmann, Z. Zhu, and R.P. Nelson, 795(1), id. 61 (2014), arXiv:1409.3891 [astro-ph.SR]
  37. 37. K. Kadam, E. Vorobyov, Z. Regály, Á. Kóspál, and P. Ábrahám, 882(2), id. 96 (2019), arXiv:1908.02515 [astro-ph.SR]
  38. 38. S.A. Balbus and J.F. Hawley, Rev. Modern Physics 70(1), 1 (1998)
  39. 39. Z. Zhu, L. Hartmann, C.F. Gammie, L.G. Book, J.B. Simon, and E. Engelhard, 713(2), 1334 (2010), arXiv:1003.1759 [astro-ph.SR]
  40. 40. K. Kadam, E. Vorobyov, Z. Regály, Á. Kóspál, and P. Ábrahám, 895(1), id. 41 (2020), arXiv:2005.03578 [astro-ph.SR]
  41. 41. M. Audard, P. Ábrahám, M.M. Dunham, J.D. Green, et al., in Protostars and Planets VI, edited by H. Beuther, R.S. Klessen, C.P. Dullemond, and T. Henning (Tucson: University of Arizona Press, 2014), p. 387, arXiv:1401.3368 [astro-ph.SR]
  42. 42. M.S. Connelley and B. Reipurth, 861(2), id. 145 (2018), arXiv:1806.08880 [astro-ph.SR]
  43. 43. C.W. Ormel and H.H. Klahr, Astron. and Astrophys. 520, id. A43 (2010), arXiv:1007.0916 [astro-ph.EP]
  44. 44. M. Lambrechts and A. Johansen, Astron. and Astrophys. 544, id. A32 (2012), arXiv:1205.3030 [astro-ph.EP]
  45. 45. S. Ida, T. Guillot, and A. Morbidelli, Astron. and Astrophys. 591, id. A72 (2016), arXiv:1604.01291 [astro-ph.EP]
  46. 46. M. Lambrechts, A. Morbidelli, and A. Johansen, in Chondrules as Astrophysical Objects, Ser. LPI Contributions 1975, id. 2010 (2017)
  47. 47. C.T. Lenz, H. Klahr, and T. Birnstiel, 874(1), id. 36 (2019), arXiv:1902.07089 [astro-ph.EP]
  48. 48. D. Schoonenberg, S. Okuzumi, and C.W. Ormel, Astron. and Astrophys. 605, id. L2 (2017), arXiv:1708.03328 [astro-ph.EP]
  49. 49. S.M. Stammler and T. Birnstiel, 935(1), id. 35 (2022), arXiv:2207.00322 [astro-ph.EP]
  50. 50. A. Houge, E. Macas, and S. Krijt, Monthly Not. Roy. Astron. Soc. 527(4), 9668 (2024), arXiv:2312.01856 [astro-ph.EP]
  51. 51. V. Akimkin, E. Vorobyov, Y. Pavlyuchenkov, and O. Stoyanovskaya, Monthly Not. Roy. Astron. Soc. 499(4), 5578 (2020), arXiv:2010.06566 [astro-ph.EP]
  52. 52. K.I. Öberg, A.C. A. Boogert, K.M. Pontoppidan, S. van den Broek, E.F. van Dishoeck, S. Bottinelli, G.A. Blake, and N.J. Evans, II, 740(2), id. 109 (2011), arXiv:1107.5825 [astro-ph.GA]
  53. 53. C. Eistrup, C. Walsh, and E.F. van Dishoeck, Astron. and Astrophys. 595, id. A83 (2016), arXiv:1607.06710 [astro-ph.EP]
  54. 54. C. Eistrup, C. Walsh, and E.F. van Dishoeck, Astron. and Astrophys. 613, id. A14 (2018), arXiv:1709.07863 [astro-ph.EP]
  55. 55. J.-E. Lee, E.A. Bergin, and H. Nomura, Letters 710(1), L21 (2010), arXiv:1001.0818 [astro-ph.GA]
  56. 56. C.-E. Wei, H. Nomura, J.-E. Lee, W.-H. Ip, C. Walsh, and T.J. Millar, 870(2), id. 129 (2019), arXiv:1811.10194 [astro-ph.EP]
  57. 57. H. Deng, L. Mayer, and H. Latter, 891(2), id. 154 (2020), arXiv:2001.08693 [astro-ph.EP]
  58. 58. M.M. Dunham, E.I. Vorobyov, and H.G. Arce, Monthly Not. Roy. Astron. Soc. 444(1), 887 (2014), arXiv:1407.6955 [astro-ph.GA]
  59. 59. G. Lodato, L. Rampinelli, E. Viscardi, C. Longarini, et al., Monthly Not. Roy. Astron. Soc. 518(3), 4481 (2023), arXiv:2211.03712 [astro-ph.EP]
  60. 60. D.S. Wiebe, T.S. Molyarova, V.V. Akimkin, E.I. Vorobyov, and D.A. Semenov, Monthly Not. Roy. Astron. Soc. 485(2), 1843 (2019), arXiv:1902.07475 [astro-ph.EP]
  61. 61. E.I. Vorobyov, I. Baraffe, T. Harries, and G. Chabrier, Astron. and Astrophys. 557, id. A35 (2013), arXiv:1307.2271 [astro-ph.SR]
  62. 62. J.J. Tobin, M.L.R. van't Hoff, M. Leemker, E.F. van Dishoeck, et al., Nature (London) 615(7951), 227 (2023)
QR
Перевести

Индексирование

Scopus

Scopus

Scopus

Crossref

Scopus

Высшая аттестационная комиссия

При Министерстве образования и науки Российской Федерации

Scopus

Научная электронная библиотека