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天体物理学 > 地球与行星天体物理学

arXiv:2011.08631 (astro-ph)
[提交于 2020年11月17日 ]

标题: 光蒸发风中的尘埃传输与卷起

标题: Dust delivery and entrainment in photoevaporative winds

Authors:Mark A. Hutchison, Cathie J. Clarke
摘要: 我们对一个处于极端紫外光蒸发过程中的湍流原行星盘中的气体和尘埃动力学进行了建模,以更好地表征热风(例如粒度分布、通量速率、轨迹)中的尘埃属性。 我们的半解析方法使我们能够快速计算这些尘埃属性,而无需诉诸昂贵的流体力学模拟。 我们发现光蒸发会在盘内产生一种垂直气流,这种气流协助湍流向电离前沿供应尘埃。 我们研究了尘埃输送到电离前沿以及随后被上覆风俘获的过程。 我们推导了一个简单的解析标准来确定可以被俘获的最大颗粒尺寸,并表明这与之前模拟的结果一致,其中光蒸发由多种辐射类型驱动。 我们显示,与磁场驱动的风的情况相反,我们不认为盘内的大规模尘埃传输会受到光蒸发的影响。 我们也显示,可以在风中被俘获的最大颗粒尺寸($s_{\rm max}$)比仅通过平流输送到前沿的最大颗粒尺寸大大约一个数量级(对于赫比格Ae/Be星为$s_{\rm crit} \lesssim 1$ $\mu{\rm m}$ ,对于T Tauri星为$\lesssim 0.01$ $\mu{\rm m}$ )。 我们进一步调查了较大的颗粒,直到极限尺寸$s_{\rm limit}$,如何仅通过湍流扩散被输送到前沿。 在所有情况下,我们发现$s_{\rm max} \gtrsim s_{\rm limit}$,因此我们预计任何输送到前沿的尘埃都可以被风俘获,并且大多数俘获的尘埃遵循接近气体轨迹的路径。
摘要: We model the gas and dust dynamics in a turbulent protoplanetary disc undergoing extreme-UV photoevaporation in order to better characterise the dust properties in thermal winds (e.g. size distribution, flux rate, trajectories). Our semi-analytic approach allows us to rapidly calculate these dust properties without resorting to expensive hydrodynamic simulations. We find that photoevaporation creates a vertical gas flow within the disc that assists turbulence in supplying dust to the ionisation front. We examine both the delivery of dust to the ionisation front and its subsequent entrainment in the overlying wind. We derive a simple analytic criterion for the maximum grain size that can be entrained and show that this is in good agreement with the results of previous simulations where photoevaporation is driven by a range of radiation types. We show that, in contrast to the case for magnetically driven winds, we do not expect large scale dust transport within the disc to be effected by photoevaporation. We also show that the maximum size of grains that can be entrained in the wind ($s_{\rm max}$) is around an order of magnitude larger than the maximum size of grains that can be delivered to the front by advection alone ($s_{\rm crit} \lesssim 1$ $\mu{\rm m}$ for Herbig Ae/Be stars and $\lesssim 0.01$ $\mu{\rm m}$ for T Tauri stars). We further investigate how larger grains, up to a limiting size $s_{\rm limit}$, can be delivered to the front by turbulent diffusion alone. In all cases, we find $s_{\rm max} \gtrsim s_{\rm limit}$ so that we expect that any dust that is delivered to the front can be entrained in the wind and that most entrained dust follows trajectories close to that of the gas.
评论: 16页,6个图,已被接受在MNRAS发表
主题: 地球与行星天体物理学 (astro-ph.EP) ; 太阳与恒星天体物理学 (astro-ph.SR)
引用方式: arXiv:2011.08631 [astro-ph.EP]
  (或者 arXiv:2011.08631v1 [astro-ph.EP] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2011.08631
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI
相关 DOI: https://doi.org/10.1093/mnras/staa3608
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来自: Mark Hutchison [查看电子邮件]
[v1] 星期二, 2020 年 11 月 17 日 13:51:19 UTC (13,026 KB)
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