Disques protoplanétaires et accrétion
Les disques gazeux et poussiéreux qui orbitent autour des jeunes étoiles, fournissant la matière première pour les planètes et canalisant la masse vers l'étoile centrale.
Definition
Un disque protoplanétaire est un disque rotatif de gaz et de poussière entourant une étoile nouvellement formée, au sein duquel les planètes se forment et à travers lequel la masse s'accrète sur l'étoile.
Scope
Ce sujet couvre la formation, la structure, la stratification thermique et chimique, et la dissipation des disques protoplanétaires, ainsi que la physique de l'accrétion de la matière du disque sur l'étoile et du transport du moment angulaire vers l'extérieur. Il inclut le cadre de la viscosité alpha, la turbulence magnétorotationnelle et d'autres types de turbulence, le rôle de la ligne des glaces et des pièges à poussière, et les diagnostics observationnels issus de l'imagerie infrarouge et millimétrique tels que les anneaux, les lacunes et les bras spiraux.
Core questions
- Comment le moment angulaire est-il transporté pour que le gaz puisse s'accréter sur l'étoile ?
- Qu'est-ce qui détermine la structure de température et de densité d'un disque, et où se situe la ligne des glaces ?
- Comment et quand les disques se dissipent-ils, fixant le calendrier de la formation des planètes géantes ?
- Que révèlent les anneaux et les lacunes observés dans les images de disques sur les planètes enfouies et la dynamique de la poussière ?
Key theories
- Modèle de disque alpha
- L'accrétion de disque est paramétrée par une viscosité turbulente effective proportionnelle à la pression du gaz et à un paramètre sans dimension alpha, permettant des prédictions traitables de la structure et de l'évolution du disque sans résoudre la turbulence sous-jacente.
- Transport visqueux du moment angulaire
- Le transport vers l'extérieur du moment angulaire, plausiblement entraîné par l'instabilité magnétorotationnelle ou les vents de disque, permet à la majeure partie du gaz du disque de spirale vers l'intérieur et de s'accréter tandis qu'une petite portion externe emporte le moment angulaire.
Mechanisms
La matière dans un disque perd du moment angulaire par des contraintes turbulentes ou des vents magnétisés et spirale vers l'intérieur sur l'étoile ; la poussière se dépose vers le plan médian et dérive radialement, se concentrant aux maxima de pression où elle peut croître en planétésimaux. L'irradiation stellaire et le chauffage visqueux établissent un gradient de température radial qui fixe les fronts de condensation de l'eau et d'autres substances volatiles.
Clinical relevance
La structure du disque détermine l'inventaire et l'emplacement des solides et des substances volatiles disponibles pour les planètes, façonnant directement les compositions et les orbites des planètes qui se forment finalement.
History
La théorie de l'accrétion de disque a été établie sur une base quantitative par la prescription du disque alpha de Shakura et Sunyaev en 1973, initialement développée pour les objets compacts en accrétion mais largement adoptée pour les disques protoplanétaires. L'imagerie millimétrique à haute résolution dans les années 2010 a révélé que les disques sont couramment structurés en anneaux et en lacunes, recadrant l'étude observationnelle de la formation planétaire in situ.
Debates
- Qu'est-ce qui motive l'accrétion du disque ?
- La question de savoir si l'accrétion est dominée par la turbulence magnétorotationnelle, les vents de disque magnétisés ou d'autres mécanismes reste en suspens, en particulier dans le disque externe froid et faiblement ionisé.
Key figures
- Nikolai Shakura
- Rashid Sunyaev
- Philip Armitage
- Sean Andrews
Related topics
Seminal works
- shakurasunyaev1973
- andrews2020
Frequently asked questions
- Combien de temps durent les disques protoplanétaires ?
- Les observations de jeunes amas indiquent que la phase riche en gaz de la plupart des disques se dissipe en quelques millions d'années, ce qui limite la rapidité avec laquelle les planètes géantes gazeuses doivent se former.
- Qu'est-ce qui cause les anneaux observés dans les images de disques ?
- Les anneaux et les lacunes peuvent être sculptés par des planètes en formation, ou résulter du piégeage de la poussière aux bosses de pression et aux fronts de condensation ; les deux interprétations sont activement étudiées.