Tracing planet-induced structures in circumstellar disks using molecular lines
Tracing planet-induced structures in circumstellar disks using molecular lines
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使用分子线追踪星周盘中行星引起的结构
DOI：
10.1051/0004-6361/201526117
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发表时间：
2015
期刊：
影响因子：
--
通讯作者：
H.H. Klahr
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
F. Ober;S. Wolf;A.L. Uribe;H.H. Klahr
星周盘被认为是行星的诞生地。特殊的结构，如旋臂、间隙和空洞是行星与盘相互作用的特征指示器。研究这些结构可以提供洞察原行星的生长和物理性质的disk.AimsWe调查的可行性，使用分子线跟踪行星诱导结构在拱星disk.MethodsBased三维流体动力学模拟的行星盘相互作用与PLUTO代码获得，我们进行自洽的温度计算，并产生N-LTE分子线速度通道地图和光谱，这些磁盘使用我们的新的N-LTE谱线辐射传输程序Mol 3D。随后，我们使用CASA模拟器模拟了阿尔马观测。我们考虑两个几乎面对面的倾角，五个磁盘质量，七个磁盘半径，和两个不同的典型的主序前宿主星（金牛座T，赫比格Ae）在140 pc的距离。我们计算高达141个单独的速度通道地图为5个分子/同位素（12 C16 O，12 C18 O，HCO+，HCN，和CS）在总共32个旋转转换，以调查上述结构的频率依赖性。ResultsWe发现，大多数原行星盘在我们的参数空间中可以检测到的分子线考虑。然而，与连续体的情况不同，间隙检测在线路中并不简单。例如，在对称环中看不到间隙，但间隙被全局（开普勒）速度场引起的图案所掩盖。通过与模拟观测的不受干扰的磁盘，我们确定特定区域的速度通道地图，是行星诱导的structures.ConclusionsSimulations的高角分辨率分子线观测表明潜在的阿尔马提供补充信息的行星盘相互作用相比，连续观测。特别是，在某些条件下，行星引起的差距的检测是可能的。
ContextCircumstellar disks are considered to be the birthplace of planets. Specific structures like spiral arms, gaps, and cavities are characteristic indicators of planet-disk interaction. Investigating these structures can provide insights into the growth of protoplanets and the physical properties of the disk.AimsWe investigate the feasibility of using molecular lines to trace planet-induced structures in circumstellar disks.MethodsBased on 3D hydrodynamic simulations of planet-disk interactions obtained with the PLUTO code, we perform self-consistent temperature calculations and produce N-LTE molecular line velocity-channel maps and spectra of these disks using our new N-LTE line radiative transfer codeMol3D. Subsequently, we simulate ALMA observations using the CASA simulator. We consider two nearly face-on inclinations, five disk masses, seven disk radii, and two different typical pre-main-sequence host stars (T Tauri, Herbig Ae) at a distance of 140 pc. We calculate up to 141 individual velocity-channel maps for five molecules/isotopoloques (12C16O,12C18O, HCO+, HCN, and CS) in a total of 32 rotational transitions to investigate the frequency dependence of the structures indicated above.ResultsWe find that the majority of protoplanetary disks in our parameter space could be detected in the molecular lines considered. However, unlike the continuum case, gap detection is not straightforward in lines. For example, gaps are not seen in symmetric rings but are masked by the pattern caused by the global (Keplerian) velocity field. By comparison with simulated observations of undisturbed disks we identify specific regions in the velocity-channel maps that are characteristic of planet-induced structures.ConclusionsSimulations of high angular resolution molecular line observations demonstrate the potential of ALMA to provide complementary information about the planet-disk interaction as compared to continuum observations. In particular, the detection of planet-induced gaps is possible under certain conditions.
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