原行星盘和喷流

由于坍缩气体携带角动量，年轻恒星被一个旋转盘环绕，该盘为其生长提供物质并孕育行星，同时磁化喷流垂直于盘面喷射，带走角动量。

Definition

原行星盘是围绕年轻恒星的旋转气体和尘埃盘，行星从中形成；喷流是沿着盘轴发射的准直、快速外流，在吸积过程中带走角动量。

Scope

本主题涵盖了星周盘的结构、温度和寿命，盘物质向恒星的吸积以及角动量输运问题，磁力驱动的双极喷流和分子外流的发射，以及盘作为行星系统诞生地的重要作用。

Core questions

• 为什么年轻恒星会有盘？
• 盘中的物质如何失去角动量并吸积到恒星上？
• 年轻恒星的双极喷流和外流是如何发射的？
• 盘如何产生行星系统？

Key concepts

• 星周盘
• 吸积
• 角动量输运
• 磁旋转不稳定性
• 双极喷流
• 赫比格-哈罗天体
• 盘风

Key theories

盘吸积和角动量输运

角动量守恒迫使下落气体形成旋转盘；为了使物质吸积到恒星上，角动量必须向外重新分布，这通过被认为是磁旋转不稳定性引起的湍流粘性或磁化盘风实现。

喷流的磁离心发射

穿过旋转盘和恒星的磁力线将电离气体沿旋转轴向外抛射，将其准直成快速的双极喷流，这些喷流冲击周围介质形成赫比格-哈罗天体，并带走吸积必须释放的角动量。

Mechanisms

旋转下落的物质沉降形成一个盘，盘内摩擦或磁力矩将角动量向外输运，使气体向内螺旋并吸积到恒星上。锚定在旋转盘和恒星上的磁场加速并准直部分物质，形成沿两极的喷流，这些喷流冲入周围气体并从系统中带走角动量。

Clinical relevance

原行星盘是行星形成的场所，因此它们的结构、质量和寿命决定了行星系统形成的条件；喷流和外流调节吸积，向星际云注入能量和动量，并且是恒星形成过程中显著的标志。

History

围绕年轻恒星的盘最初通过红外超量推断，后来被直接成像；1991年，巴尔布斯（Balbus）和霍利（Hawley）将磁旋转不稳定性确定为盘湍流的可能来源；布兰福德（Blandford）、佩恩（Payne）等人发展的磁离心机制解释了喷流的发射。

Debates

盘吸积的主要驱动力

吸积主要由磁旋转不稳定性引起的湍流驱动，还是由垂直带走角动量的磁化盘风驱动，仍然存在争议，尤其是在电离程度较低、不稳定性可能受到抑制的区域。

Key figures

• Frank Shu
• Steven Balbus
• John Hawley
• Roger Blandford

Seminal works

• frank2014
• shu1987

Frequently asked questions

为什么年轻恒星形成的是盘而不是球体？

坍缩气体具有一定的旋转，当它向内下落时，角动量守恒使其加速旋转；气体可以沿旋转轴自由下落，但在垂直平面上受到旋转的阻碍，因此它会沉降成一个扁平的旋转盘。

什么是赫比格-哈罗天体？

它们是年轻恒星的快速喷流撞击周围星际气体时产生的明亮结节和激波锋，使气体受热发光；它们追踪了恒星形成最早阶段伴随的外流。