原行星盘与吸积

围绕年轻恒星运行的气态、尘埃状盘，为行星提供原材料，并将质量输送到中心恒星。

Definition

原行星盘是围绕新形成恒星旋转的气体和尘埃盘，行星在其内部形成，质量通过其吸积到恒星上。

Scope

本主题涵盖原行星盘的形成、结构、热和化学分层以及消散，以及盘物质如何吸积到恒星上以及角动量如何向外输运的物理学。它包括α粘度框架、磁旋转和其他湍流、雪线和尘埃陷阱的作用，以及来自红外和毫米波成像的观测诊断，如环、缝隙和旋臂。

Core questions

• 角动量是如何输运的，以便气体能够吸积到恒星上？
• 什么决定了盘的温度和密度结构，雪线在哪里？
• 盘是如何以及何时消散的，从而为巨行星的形成设定了时间？
• 盘图像中看到的环和缝隙揭示了嵌入行星和尘埃动力学的什么信息？

Key theories

α盘模型

盘吸积通过一个有效湍流粘度进行参数化，该粘度与气体压力和一个无量纲参数α成比例，从而可以在不解析底层湍流的情况下对盘的结构和演化进行可处理的预测。

粘性角动量输运

角动量向外输运，可能由磁旋转不稳定性或盘风驱动，使得盘中大部分气体向内螺旋状吸积，而一小部分外部区域则带走角动量。

Mechanisms

盘中的物质通过湍流应力或磁化风失去角动量，并向内螺旋状地落到恒星上；尘埃沉降到中平面并径向漂移，集中在压力最大处，在那里它可以生长成星子。恒星辐射和粘性加热设定了径向温度梯度，从而确定了水和其他挥发物的凝结前沿。

Clinical relevance

盘的结构决定了行星可用的固体和挥发物的存量和位置，直接塑造了最终形成的行星的组成和轨道。

History

盘吸积理论在1973年由沙库拉和苏尼亚耶夫提出的α盘模型奠定了定量基础，该模型最初是为吸积致密天体开发的，但被广泛应用于原行星盘。2010年代的高分辨率毫米波成像揭示了盘通常结构为环和缝隙，重新定义了行星就地形成的观测研究。

Debates

什么驱动了盘吸积？

吸积是由磁旋转湍流、磁化盘风还是其他机制主导，仍然悬而未决，尤其是在寒冷、弱电离的外部盘中。

Key figures

• Nikolai Shakura
• Rashid Sunyaev
• Philip Armitage
• Sean Andrews

Seminal works

• shakurasunyaev1973
• andrews2020

Frequently asked questions

原行星盘能持续多久？

对年轻星团的观测表明，大多数盘的富气体阶段在几百万年内消散，这限制了气态巨行星必须形成的快慢。

盘图像中看到的环是由什么引起的？

环和缝隙可能是由正在形成的行星雕刻而成，也可能是在压力隆起处和凝结前沿的尘埃捕获所致；这两种解释都在积极研究中。