Effect of Dust Evaporation and Thermal Instability on Temperature Distribution in a Protoplanetary Disk

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The thermal instability of accretion disks is widely used to explain the activity of cataclysmic variables, but its manifestation in gas and dust disks in young stars has been studied in less detail. A semi-analytical stationary model is presented for calculating the equatorial temperature of a gas and dust disk around a young star. The model considers the opacity caused by dust and gas, as well as the evaporation of dust at temperatures above 1000 K. Using this model, the distributions of the equatorial temperature of the gas and dust disk are calculated under various assumptions on the source of opacity and the presence of dust. It is shown that when all the above processes are considered, the thermal balance equation in the region r<1 AU has multiple temperature solutions. Thus, the conditions for thermal instability are satisfied in this region. As an illustration of the possible influence of instability on the nature of accretion in a protoplanetary disk, we consider a viscous disk model with α-parametrization of turbulent viscosity. It is shown that in such a model a non-stationary mode of disk evolution is realized with alternating phases of accumulation of matter in the inner disk and phases of its rapid accretion onto the star, which leads to a burst character of accretion. The results obtained indicate the need to take this instability into account when modeling the evolution of protoplanetary disks.

About the authors

Ya. N. Pavlyuchenkov

Institute of Astronomy of the Russian Academy of Sciences

Email: pavyar@inasan.ru
119017, Moscow, Russia

V. V, Akimkin

Institute of Astronomy of the Russian Academy of Sciences

Email: pavyar@inasan.ru
119017, Moscow, Russia

A. P. Topchieva

Institute of Astronomy of the Russian Academy of Sciences

Email: pavyar@inasan.ru
119017, Moscow, Russia

E. I. Vorobyov

Institute of Astronomy of the Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: pavyar@inasan.ru
119017, Moscow, Russia

References

  1. P. J. Armitage, arXiv:2201.07262 [astro-ph.HE] (2022).
  2. J. Bae, A. Isella, Z. Zhu, R. Martin, S. Okuzumi, and S. Suriano, arXiv:2210.13314 [astro-ph.EP] (2022).
  3. J.-M. Hameury, Adv. Space Research 66, 1004 (2020), arXiv:1910.01852 [astro-ph.SR].
  4. J.-P. Lasota, New Astron. Rev. 45, 449 (2001), a-rXiv:astro-ph/0102072.
  5. 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, ar-Xiv:1401.3368 [astro-ph.SR].
  6. M. S. Connelley and B. Reipurth, Astrophys. J. 861, id. 145 (2018), arXiv:1806.08880 [astro-ph.SR].
  7. E. I. Vorobyov, V. G. Elbakyan, H. B. Liu, and M. Takami, Astron. and Astrophys. 647, id. A44 (2021), ar-Xiv:2101.01596 [astro-ph.SR].
  8. K. M. Flaherty, L. DeMarchi, J. Muzerolle, Z. Balog, W. Herbst, S. T. Megeath, E. Furlan, and R. Gutermuth, A-strophys. J. 833, id. 104 (2016), arXiv:1609.09100 [astro-ph.SR].
  9. C. Contreras Peña, P. W. Lucas, D. Minniti, R. Kurtev, et al., Monthly Not. Roy. Astron. Soc. 465, 3011 (2017), arXiv:1602.06267 [astro-ph.SR].
  10. L. Rigon, A. Scholz, D. Anderson, and R. West, Monthly Not. Roy. Astron. Soc. 465, 3889 (2017), arXiv:1611.03013 [astro-ph.SR].
  11. C. R. D’Angelo and H. C. Spruit, Monthly Not. Roy. Astron. Soc. 420, 416 (2012), arXiv:1108.3833 [astro-ph.SR].
  12. A. S. Kravtsova, S. A. Lamzin, L. Errico, and A. Vittone, Astron. Letters 33, 755 (2007).
  13. P. J. Armitage, M. Livio, and J. E. Pringle, Monthly Not. Roy. Astron. Soc. 324, 705 (2001), arXiv:astro-ph/0101253.
  14. E. I. Vorobyov and S. Basu, Astrophys. J. 805, id. 115 (2015), arXiv:1503.07888 [astro-ph.SR].
  15. K. R. Bell and D. N. C. Lin, Astrophys. J. 427, 987 (1994), arXiv:astro-ph/9312015.
  16. E. Kawazoe and S. Mineshige, Publ. Astron. Soc. Japan 45, 715 (1993).
  17. W. Kley and D. N. C. Lin, Astrophys. J. 518, 833 (1999).
  18. M. G. Malygin, R. Kuiper, H. Klahr, C. P. Dullemond, and T. Henning, Astron. and Astrophys. 568, id. A91 (2014), arXiv:1408.3377 [astro-ph.SR].
  19. F. Castelli, Mem. Soc. Astron. Ital. Suppl. 8, 34 (2005).
  20. R. L. Kurucz, SAO Special Report № 309 (1970).
  21. W. J. Duschl, H. P. Gail, and W. M. Tscharnuter, Astron. and Astrophys. 312, 624 (1996).
  22. P. D.’Alessio, N. Calvet, L. Hartmann, S. Lizano, and J. Cantó, Astrophys. J. 527, 893 (1999), arXiv:astro-ph/9907330.
  23. Y. Pavlyuchenkov and C. P. Dullemond, Astron. and A-strophys. 471, 833 (2007), arXiv:0706.2614 [astro-ph].
  24. N. I. Shakura and R. A. Sunyaev, Astron. and Astrophys. 24, 337 (1973).
  25. J. M. Huré, D. Richard, and J. P. Zahn, Astron. and -Astrophys. 367, 1087 (2001), arXiv:astro-ph/0012262.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2.

Download (389KB)
3.

Download (67KB)
4.

Download (934KB)
5.

Download (129KB)
6.

Download (65KB)

Copyright (c) 2023 Я.Н. Павлюченков, В.В. Акимкин, А.П. Топчиева, Э.И. Воробьев

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».