Моделирование свободного падения струи газа на протопланетный диск

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Проблему формирования экзопланет на наклонных орбитах по отношению к экваториальной плоскости родительской звезды или основной плоскости протопланетного диска можно решить путем введения наклонного диска меньшего размера. Однако остается открытым вопрос природы такого внутреннего диска. В данной работе успешно проверена гипотеза об образовании наклонного внутреннего диска в протопланетном диске около звезды типа T Tau вследствие падения на него струи газа. Для проверки гипотезы выполнены трехмерные газодинамические расчеты с учетом вязкости и теплопроводности при помощи пакета PLUTO. В ходе анализа расчетов показано, что однократное пересечение потоком вещества плоскости диска не может обеспечить образование наклонного диска вблизи звезды, в то время как двукратное – может. Кроме того, в случае ретроградного падения вещества угол наклона образовавшегося внутреннего диска значимо больше. Также был выполнен анализ наблюдательных проявлений данного события: потенциальное изменение блеска звезды, распределение оптической толщины по углам, эволюция темпа аккреции. Показано, что падение блеска может достигать 5m с учетом рассеянного света, причем подобное уменьшение яркости будет длиться несколько десятков лет. Кроме того, резкое увеличение темпа аккреции на два порядка потенциально может вызвать FU Ori-подобную вспышку.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

В. В. Григорьев

Крымская астрофизическая обсерватория Российской академии наук

Автор, ответственный за переписку.
Email: vitaliygrigoryev@crao.ru
Россия, Крым, Научный

Т. В. Демидова

Крымская астрофизическая обсерватория Российской академии наук

Email: proxima1@list.ru
Россия, Крым, Научный

Список литературы

  1. C.J. Burrows, J.E. Krist, K.R. Stapelfeldt, and WFPC2 Investigation Definition Team, AAS Meeting Abstracts № 187, id. 32.05; Bull. Amer. Astron. Soc. 27, 1329 (1995).
  2. D. Mouillet, J.D. Larwood, J.C.B. Papaloizou, and A.M. Lagrange, Monthly Not. Roy. Astron. Soc. 292(4), 896 (1997), arXiv:astro-ph/9705100.
  3. J.D. Larwood and J.C.B. Papaloizou, Monthly Not. Roy. Astron. Soc. 285(2), 288 (1997), arXiv:astro-ph/9609145.
  4. A.M. Lagrange, M. Kasper, A. Boccaletti, G. Chauvin, et al., Astron. and Astrophys. 506(2), 927 (2009), arXiv:0906.5520 [astro-ph.EP].
  5. G. Chauvin, A.M. Lagrange, H. Beust, M. Bonnefoy, et al., Astron. and Astrophys. 542, id. A41 (2012), arXiv:1202.2655 [astro-ph.EP].
  6. J.A. Eisner, B.F. Lane, L.A. Hillenbrand, R.L. Akeson, and A.I. Sargent, Astrophys. J. 613(2), 1049 (2004), arXiv:astro-ph/0406356.
  7. E. Chapillon, S. Guilloteau, A. Dutrey, and V. Pietu, Astron. and Astrophys. 488(2), 565 (2008), arXiv:0805.3473 [astro-ph].
  8. J. Bouvier, A. Chelli, S. Allain, L. Carrasco, et al., Astron. and Astrophys. 349, 619 (1999).
  9. K.R. Covey, K.A. Larson, G.J. Herczeg, and C.F. Manara, Astron. J. 161(2), id. 61 (2021), arXiv:2012.02415 [astro-ph.SR].
  10. R.A. Loomis, K.I. Öberg, S.M. Andrews, and M.A. MacGregor, Astrophys. J. 840(1), id. 23 (2017), arXiv:1704.02006 [astro-ph.EP].
  11. R.A. Rossiter, Astrophys. J. 60, 15 (1924).
  12. D.B. McLaughlin, Astrophys. J. 60, 22 (1924).
  13. S.H. Albrecht, R.I. Dawson, and J.N. Winn, Publ. Astron. Soc. Pacific 134(1038), id. 082001 (2022), arXiv:2203.05460 [astro-ph.EP].
  14. C. Hellier, D.R. Anderson, M. Gillon, T.A. Lister, et al., Astrophys. J. Letters. 690(1), L89 (2009), arXiv:0805.2600 [astro-ph].
  15. A.H.M.J. Triaud, A. Collier Cameron, D. Queloz, D.R. Anderson, et al., Astron. and Astrophys. 524, id. A25 (2010), arXiv:1008.2353 [astro-ph.EP].
  16. V.P. Grinin, T.V. Demidova, and N.Y. Sotnikova, Astron. Letters 36(11), 808 (2010), arXiv:1110.2971 [astro-ph.SR].
  17. T.V. Demidova, V.P. Grinin, and N.Y. Sotnikova, Astron. Letters 39(11), 26 (2013), arXiv:1304.2262 [astro-ph.SR].
  18. T.V. Demidova and V.P. Grinin, Astron. Letters 40(6), 334 (2014), arXiv:1701.03143 [astro-ph.SR].
  19. J.P. Ruge, S. Wolf, T. Demidova, and V. Grinin, Astron. and Astrophys. 579, id. A110 (2015), arXiv:1506.04373 [astro-ph.EP].
  20. L. Arzamasskiy, Z. Zhu, and J.M. Stone, Monthly Not. Roy. Astron. Soc. 475(3), 3201 (2018), arXiv:1710.11128 [astro-ph.EP].
  21. Z. Zhu, Monthly Not. Roy. Astron. Soc. 483(3), 4221 (2019), arXiv:1812.01262 [astro-ph.EP].
  22. R. Nealon, C. Pinte, R. Alexander, D. Mentiplay, and G. Dipierro, Monthly Not. Roy. Astron. Soc. 484(4), 4951 (2019), arXiv:1902.00036 [astro-ph.EP].
  23. N. van der Marel, T. Birnstiel, A. Garufi, E. Ragusa, et al., Astron. J. 161(1), id. 33 (2021), arXiv:2010.10568 [astro-ph.EP].
  24. T. Stolker, M. Sitko, B. Lazareff, M. Benisty, et al., 849(2), 143 (2017), arXiv:1710.02532 [astro-ph.EP].
  25. S. Marino, S. Perez, and S. Casassus, Astrophys. J. Letters 798(2), L44 (2015), arXiv:1412.4632 [astro-ph.EP].
  26. H. Avenhaus, S.P. Quanz, H.M. Schmid, C. Dominik, et al., Astron. J. 154(1), id. 33 (2017), arXiv:1705.09680 [astro-ph.EP].
  27. Z.C. Long, R.B. Fernandes, M. Sitko, K. Wagner, et al., 838(1), id. 62 (2017), arXiv:1703.00970 [astro-ph.EP].
  28. M. Min, T. Stolker, C. Dominik, and M. Benisty, Astron. and Astrophys. 604, L10 (2017), arXiv:1704.01844 [astro-ph.EP].
  29. S. Lacour, B. Biller, A. Cheetham, A. Greenbaum, et al., Astron. and Astrophys. 590, id. A90 (2016), arXiv:1511.09390 [astro-ph.SR].
  30. R. Claudi, A.L. Maire, D. Mesa, A. Cheetham, et al., Astron. and Astrophys. 622, id. A96 (2019), arXiv:1812.07814 [astro-ph.SR].
  31. W. Kley and R.P. Nelson, Ann. Rev. Astron. Astrophys. 50, 211 (2012), arXiv:1203.1184 [astro-ph.EP].
  32. M. Xiang-Gruess and J.C.B. Papaloizou, Monthly Not. Roy. Astron. Soc. 431(2), 1320 (2013), arXiv:1302.2045 [astro-ph.EP].
  33. I. Thies, P. Kroupa, S.P. Goodwin, D. Stamatellos, and A. P. Whitworth, Monthly Not. Roy. Astron. Soc. 417(3), 1817 (2011), arXiv:1107.2113 [astro-ph.EP].
  34. M. Küffmeier, S. Frimann, S.S. Jensen, and T. Haugbølle, Monthly Not. Roy. Astron. Soc. 475(2), 2642 (2018), arXiv:1710.00931 [astro-ph.SR].
  35. C.P. Dullemond, M. Küffmeier, F. Goicovic, M. Fukagawa, V. Oehl, and M. Kramer, Astron. and Astrophys. 628, id. A20 (2019), arXiv:1911.05158 [astro-ph.EP].
  36. M. Küffmeier, C.P. Dullemond, S. Reissl, and F.G. Goicovic, Astron. and Astrophys. 656, id. A161 (2021), arXiv:2110.04309 [astro-ph.SR].
  37. E.I. Vorobyov, D.N.C. Lin, and M. Guedel, Astron. and Astrophys. 573, id. A5 (2015), arXiv:1410.1743 [astro-ph.SR].
  38. M. Unno, T. Hanawa, and S. Takasao, Astrophys. J. 941(2), id. 154 (2022).
  39. E.I. Vorobyov and S. Basu, Astrophys. J. Letters 633(2), L137 (2005), arXiv:astro-ph/0510014.
  40. S. Basu and E.I. Vorobyov, 750(1), id. 30 (2012), arXiv:1203.0274 [astro-ph.SR].
  41. E.I. Vorobyov, M.E. Steinrueck, V. Elbakyan, and M. Guedel, Astron. and Astrophys. 608, id. A107 (2017), arXiv:1708.07166 [astro-ph.SR].
  42. T.V. Demidova and V.P. Grinin, Astrophys. J. 930(2), id. 111 (2022), arXiv:2205.06763 [astro-ph.SR].
  43. T.V. Demidova and V.P. Grinin, Astrophys. J. 953(1), id. 38 (2023), arXiv:2308.04936 [astro-ph.SR].
  44. V. Grigoryev and T. Demidova, in Parallel Computational Technologies, 17th Intern. Conference, Saint Petersburg, Russia, March 28–30, 2023, edited by L. Sokolinsky and M. Zymbler (Springer Nature Switzerland, Cham, 2023), p. 269.
  45. J.E. Pineda, D. Arzoumanian, P. Andre, R.K. Friesen, et al., in Protostars and Planets VII, ASP Conference Series, 534, Proc. of a conference held 10–15 April 2023 at Kyoto, Japan; edited by S. Inutsuka, Y. Aikawa, T. Muto, K. Tomida, and M. Tamura (San Francisco: Astron. Soc. Pacific, 2023), p. 233, arXiv:2205.03935 [astro-ph.GA].
  46. C. Ginski, S. Facchini, J. Huang, M. Benisty, et al., Astrophys. J. Letters 908(2), id. L25 (2021), arXiv:2102.08781 [astro-ph.EP].
  47. A. Garufi, L. Podio, C. Codella, D. Segura-Cox, et al., Astron. and Astrophys. 658, id. A104 (2022), arXiv:2110.13820 [astro-ph.GA].
  48. T. Hanawa, A. Garufi, L. Podio, C. Codella, and D. Segura-Cox, Monthly Not. Roy. Astron. Soc. 528(4), 6581 (2024), arXiv:2402.02706 [astro-ph.GA].
  49. A. Mignone, G. Bodo, S. Massaglia, T. Matsakos, O. Tesileanu, C. Zanni, and A. Ferrari, Astrophys. J. Suppl. 170(1), 228 (2007), arXiv:astro-ph/0701854.
  50. S.I. Braginskii, Rev. Plasma Physics 1, 205 (1965).
  51. N.I. Shakura and R.A. Sunyaev, Astron. and Astrophys. 24, 337 (1973).
  52. L. Hartmann, Accretion Processes in Star Formation (Cambridge University Press, 2008).
  53. E.I. Chiang and P. Goldreich, Astrophys. J. 490, 368 (1997), arXiv:astro-ph/9706042.
  54. C.P. Dullemond and C. Dominik, Astron. and Astrophys. 421, 1075 (2004), arXiv:astro-ph/0405226.
  55. A. Dutrey, S. Guilloteau, and M. Simon, Astron. and Astrophys. 286, 149 (1994).
  56. J. Stoer and R. Bulirsch, Introduction to Numerical Analysis (New York: Springer-Verlag, 1980).
  57. T. Demidova, Astronomy and Computing 41, id. 100635 (2022).
  58. V. Grigoryev, T. Demidova, Proceedings of the International Scientific Youth School-Seminar “Mathematical Modeling, Numerical Methods and Software complexes” named after E.V. Voskresensky (Saransk, July 26–28, 2024). Saransk: SVMO Publ, 2024. – pp. 40–44.
  59. G. H. Herbig, 217, 693 (1977).
  60. E.N. Kopatskaya, E.A. Kolotilov, and A.A. Arkharov, Monthly Not. Roy. Astron. Soc. 434(1), 38 (2013).
  61. Z.M. Szabó, Á. Kóspál, P. Ábrahám, S. Park, et al., Astrophys. J. 917(2), id. 80 (2021), arXiv:2105.10405 [astro-ph.SR].
  62. A. Natta and B.A. Whitney, Astron. and Astrophys. 364, 633 (2000).
  63. S. Pfalzner, Astron. and Astrophys. 492(3), 735 (2008), arXiv:0810.2854 [astro-ph].
  64. D. Forgan and K. Rice, Monthly Not. Roy. Astron. Soc. 402(2), 1349 (2010), arXiv:0911.0531 [astro-ph.SR].
  65. E.M.A. Borchert, D.J. Price, C. Pinte, and N. Cuello, Monthly Not. Roy. Astron. Soc. 510(1), L37 (2022), arXiv:2111.12723 [astro-ph.GA].
  66. E.M.A. Borchert, D.J. Price, C. Pinte, and N. Cuello, Monthly Not. Roy. Astron. Soc. 517(3), 4436 (2022), arXiv:2210.01143 [astro-ph.SR].
  67. A.M. Skliarevskii and E.I. Vorobyov, Astron. Rep. 67(12), 1401 (2023), arXiv:2402.14165 [astro-ph.SR].
  68. V.P. Grinin, L.V. Tambovtseva, O.Y. Barsunova, and D.N. Shakhovskoy, Astrophysics 66(2), 235 (2023), arXiv:2304.07115 [astro-ph.SR].
  69. E.H. Semkov, S.P. Peneva, and S.I. Ibryamov, Astron. and Astrophys. 582, id. A113 (2015), arXiv:1510.00416 [astro-ph.SR].
  70. J. Bouvier, K. Grankin, L.E. Ellerbroek, H. Bouy, and D. Barrado, Astron. and Astrophys. 557, id. A77 (2013), arXiv:1304.1487 [astro-ph.SR].
  71. C.J. Clarke and J.E. Pringle, Monthly Not. Roy. Astron. Soc. 249, 584 (1991).
  72. V.P. Grinin and T.V. Demidova, Astron. Letters, 50(3), 194 (2024).
  73. M.G. Malygin, H. Klahr, D. Semenov, T. Henning, and C.P. Dullemond, Astron. and Astrophys. 605, id. A30 (2017), arXiv:1704.06786 [astro-ph.EP].
  74. G. Savin, B. Shabanov, P. Telegin, and A. Baranov, Lobachevskii J. Mathematics 40, 1853 (2019).

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Траектории полета центра масс падающего вещества в небесномеханическом приближении (цветные линии) и рассчитанные с учетом газодинамических эффектов (цветные шарики). Плоскость диска показана полупрозрачным белым цветом, наклон и азимутальные линии указаны в градусах, радиальная координата  в астрономических единицах.

Скачать (297KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Отношение полной скорости  к локальной кеплеровской скорости  на момент времени 50 лет для четырех моделей (слева направо, сверху вниз): ОП-45, ОП-р45, ДП-45, ДП-р45 на поверхности максимальной плотности.

Скачать (287KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Значения координаты , при которой плотность вещества диска максимальна в ячейках при фиксированных  на момент времени 150 лет от начала расчетов. Слева показан сонаправленный случай (ОП-45), справа ретроградный (ОП-р45).

Скачать (210KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Поверхность максимальной плотности на момент времени 90 лет относительно начала расчетов в модели ДП-р45. Цветом показана плотность в единицах . Координатный параллелепипед показан для масштаба.

Скачать (305KB)
Метаданные
6. Рис. 5. То же, что и на рис. 3 для случая двухкратного пересечения параболической орбитой плоскости диска.

Скачать (237KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Значения координаты , при которой плотность вещества диска максимальна в зависимости от расстояния (  ) при фиксированном  (  ) и  (  ) в моменты времени 50 лет (синяя линия), 100 лет (красная линия) и 150 лет (черная линия) от начала расчетов. Слева показан случай сонаправленного падения, справа ретроградного.

Скачать (289KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Слева: изменение массы вещества в расчетной области в зависимости от времени. Сплошные линии соответствуют моделям с двойным пересечением плоскости диска, штриховые  с одиночным. Черной штриховой линией на левом графике показана начальная масса диска (без вещества струи). Справа показан темп аккреции внутрь сферы радиуса  а.е. в зависимости от модели. Легенда общая для обоих графиков.

Скачать (274KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Цветом показана лучевая концентрация пылевого вещества в зависимости от направления луча зрения по азимуту () и наклону () на момент времени 10 лет. Слева показаны модели, в которых орбита падающего вещества пересекает плоскость диска один раз (ОП-45 сверху и ОП-р45 снизу), справа двойное пересечение (ДП-45 сверху и ДП-р45 снизу) диска.

Скачать (310KB)
Метаданные
10. Рис. 9. То же, что и на рис. 8 для двойного пересечения плоскости диска при углах  (сверху) и  (снизу).

Скачать (239KB)
Метаданные
11. Рис. 10. Оптическая толщина на луче зрения в направлении  и  в полосе  (красная линия с точками). Черной линией показано значение  для модели ДП-р45.

Скачать (79KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024

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».