Non-linear outcome of gravitational instability in an irradiated protoplanetary disc
Non-linear outcome of gravitational instability in an irradiated protoplanetary disc
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受辐射原行星盘中重力不稳定的非线性结果
DOI：
10.1093/mnras/stz163
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发表时间：
2019
影响因子：
4.8
通讯作者：
Shi Ji-Ming
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Hirose Shigenobu;Shi Ji-Ming
使用局部三维辐射流体动力学模拟，在表面密度 Σ 和半径 r 的参数空间中研究了受辐射原行星盘中重力不稳定性的非线性结果。从层流开始，轴对称自引力密度波首先生长。当Σ越大或半径越大冷却时间越短时，它们的自重度就越大。由于非轴对称不稳定性，密度波最终崩溃，从而导致瞬态阶段后的碎裂或重力湍流。两者之间的边界位于 ∼ 75 au 以及对应于初始 Toomre 参数 ∼0.2 的 Σ 处。前一个边界对应于冷却时间变短的半径，在轨道频率的倒数方面近似一致。即使在边界半径周围建立了重力湍流，如此短的冷却时间也不可避免地使Σ的波动大到足以触发碎片。另一方面，当 Σ 超出后一个边界时（即初始托姆参数小于 ∼0.2），初始层流在自重力作用下非常不稳定，以至于无论半径或冷却时间如何，它都会演变成碎片。当束缚物体中心的质量浓度足够高以致温度超过 H2 解离温度时，碎裂后会发生失控塌缩。
Using local three-dimensional radiation hydrodynamics simulations, the non-linear outcome of gravitational instability in an irradiated protoplanetary disc is investigated in a parameter space of the surface density Σ and the radiusr. Starting from laminar flow, axisymmetric self-gravitating density waves grow first. Their self-gravitating degree becomes larger when Σ is larger or the cooling time is shorter at larger radii. The density waves eventually collapse owing to non-axisymmetric instability, which results in either fragmentation or gravito-turbulence after a transient phase. The boundaries between the two are found atr∼ 75 au as well as at the Σ that corresponds to the initial Toomre’s parameter of ∼0.2. The former boundary corresponds to the radius where the cooling time becomes short, approximating unity in terms of the inverse of the orbital frequency. Even when gravito-turbulence is established around the boundary radius, such a short cooling time inevitably makes the fluctuation of Σ large enough to trigger fragmentation. On the other hand, when Σ is beyond the latter boundary (i.e. the initial Toomre’s parameter is less than ∼0.2), the initial laminar flow is so unstable against self-gravity that it evolves into fragmentation regardless of the radius or, equivalently, the cooling time. Runaway collapse follows fragmentation when the mass concentration at the centre of a bound object is high enough that the temperature exceeds the H2dissociation temperature.
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影响因子：
4.8
作者：
Y. Tsukamoto;Sanemichi Z. Takahashi;M. Machida;S. Inutsuka
通讯作者：
Y. Tsukamoto;Sanemichi Z. Takahashi;M. Machida;S. Inutsuka
DOI：
10.3847/0004-637x/824/2/91
发表时间：
2016
期刊：
The Astrophysical Journal
影响因子：
--
作者：
M. Lin;K. Kratter
通讯作者：
K. Kratter
DOI：
10.1111/j.1745-3933.2005.00105.x
发表时间：
2005
影响因子：
--
作者：
W. Rice;G. Lodato;P. Armitage
通讯作者：
P. Armitage
原行星盘冷却时间对引力不稳定形成气态巨行星的影响
DOI：
--
发表时间：
2017
期刊：
影响因子：
--
作者：
A. Boss
通讯作者：
A. Boss
DOI：
10.1086/428899
发表时间：
2004-06
期刊：
The Astrophysical Journal Letters
影响因子：
--
作者：
R. Rafikov
通讯作者：
R. Rafikov