Formation of terrestrial planets in disks evolving via disk winds and implications for the origin of the solar system's terrestrial planets
Formation of terrestrial planets in disks evolving via disk winds and implications for the origin of the solar system's terrestrial planets
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通过盘风演化的盘中类地行星的形成及其对太阳系类地行星起源的影响
DOI：
10.1051/0004-6361/201525636
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发表时间：
2015
影响因子：
6.5
通讯作者：
T. Suzuki
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
M. Ogihara;H. Kobayashi;S. Inutsuka;T. Suzuki
最近的三维磁流体动力学模拟已经确定了一种圆盘风，通过这种风，气体物质从原行星盘的表面流失，这可以显著改变内盘的演化和类地行星的形成。同时描述圆盘中气态和固态成分的真实演化可能为解决太阳系类地行星的质量集中问题提供线索。目的：我们模拟了通过磁旋转不稳定性和盘风的演化，从行星胚胎到类地行星的形成。目的是研究盘风对行星系统轨道演化和最终结构的影响。方法对60个0.1地球质量的胚胎进行了n体模拟。通过求解一个一维扩散方程来跟踪圆盘表面气体密度的演变，该方程带有一个解释圆盘风的吸收项。结果我们发现，即使在弱圆盘风的情况下，内圆盘气体表面密度的径向斜率变浅，这减慢或停止了胚胎的I型迁移。如果磁盘风的影响较强，磁盘轮廓会发生显著改变（例如，正表面密度梯度，由内到外的疏散），导致胚胎向外迁移~ 1au内。结论在一些天文单位内，盘风通过改变盘面轮廓，在类地行星形成过程中发挥了重要作用。此外，胚胎在一定条件下可以收敛迁移到~1 AU。在这种情况下，太阳系类地行星的特征（例如，质量集中在1au左右，后期巨大撞击）可能会重现。
ContextRecent three-dimensional magnetohydrodynamical simulations have identified a disk wind by which gas materials are lost from the surface of a protoplanetary disk, which can significantly alter the evolution of the inner disk and the formation of terrestrial planets. A simultaneous description of the realistic evolution of the gaseous and solid components in a disk may provide a clue for solving the problem of the mass concentration of the terrestrial planets in the solar system.AimsWe simulate the formation of terrestrial planets from planetary embryos in a disk that evolves via magnetorotational instability and a disk wind. The aim is to examine the effects of a disk wind on the orbital evolution and final configuration of planetary systems.MethodsWe performN-body simulations of sixty 0.1 Earth-mass embryos in an evolving disk. The evolution of the gas surface density of the disk is tracked by solving a one-dimensional diffusion equation with a sink term that accounts for the disk wind.ResultsWe find that even in the case of a weak disk wind, the radial slope of the gas surface density of the inner disk becomes shallower, which slows or halts the Type I migration of embryos. If the effect of the disk wind is strong, the disk profile is significantly altered (e.g., positive surface density gradient, inside-out evacuation), leading to outward migration of embryos inside ~1 AU.ConclusionsDisk winds play an essential role in terrestrial planet formation inside a few AU by changing the disk profile. In addition, embryos can undergo convergent migration to ~1 AU in certainly probable conditions. In such a case, the characteristic features of the solar system’s terrestrial planets (e.g., mass concentration around 1 AU, late giant impact) may be reproduced.
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