磁化分层原行星盘中不定期爆发的高吸积率的研究

发布时间：2017-12-09 08:01

  本文关键词：磁化分层原行星盘中不定期爆发的高吸积率的研究

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【摘要】：太阳星云理论是目前最广为接受的太阳系起源理论。星际气体云因为引力塌缩或者邻近超新星爆发带来的压力等导致从内而外的收缩,分子云核的坍缩形成了原恒星,为保证角动量守恒,外围转动的星云绕原恒星运动并且越来越快,物质向中平面沉降,星云结构变得越来越平,最终形成“原恒星+盘”的结构。中心的原恒星继续从盘中吸积物质演化成现在的太阳;盘中气体-尘埃的结块、沉降、积聚,慢慢演化形成绕太阳运动的大小天体。这种盘结构孕育着行星的成长,所以太阳星云也叫做原行星盘。 原行星盘是围绕着恒星运动的一种吸积盘。研究太阳系的起源,可以从吸积盘的理论基础出发,构建更为实际的原行星盘模型,数值模拟计算其演化的过程与结果,从而解释太阳系已有的观测,也可以预测未来的现象。数值计算原行星盘的演化,最主要的参数有面密度,吸积率,粘滞系数,温度,Q参数等。本文数值计算磁化分层原行星盘的吸积率变化得出结论从而解释一些天文现象。 采用全粘滞盘的均匀粘滞,在数值模拟太阳星云演化过程中,似乎错过了很多信息和漏掉了些重要的结果。1996年,金立平教授第一次提出了磁化分层原行星盘结构,解释“dead-zone”的存在:盘子中间区域(InR)的靠近中平面的气体,比较冷而不能被热电离并且比较厚而不能被宇宙射线穿透,气体电离度很低,磁旋转不稳(MRI)不足以维持,此区域粘滞α较低;InR的表面区域及盘子的外部区域,由于气体稀疏可以被宇宙射线穿透,电离度足以维持MRI;盘子的内部区域(IR)温度大于800K,由于热电离,MRI能被维持。 Armitage在2001年,运用磁化分层盘模型来描述原行星盘,考虑在1AU半径附近的宁静层局部GI触发来传输角动量,模拟粘滞系数α,发现吸积率会出现不定期的高吸积率爆发。这就导致了在年轻恒星天体中会出现重复性的强烈的质量外流。这种吸积模式应该出现在原行星盘演化的早期大约小于1百万年,那么在分层盘中很多年轻的主序星早期的平均吸积率较低,由此得出:当盘子的规模尺度远远超过最小质量太阳星云的时候(演化时间约几百万年),分层盘的盘子质量比粘滞盘的盘子质量要大10倍左右,大部分的多余质量将会积聚在半径1AU附近的宁静层。分层盘宁静层的粘滞较小,低质量行星的迁移率在分层盘的外部边缘减小,这也增加了巨行星是在半径1-3AU区域形成的可能性。 本文在Armitage(2001年)的工作基础上,对磁化分层原行星盘中的内边界吸积率进行研究。主要创新点有:1)在分层盘模型中,考虑全局GI来传输角动量。本文认为一旦盘子任意半径处的面密度大于临界值,GI就会出现;然后整个盘子都处于高粘滞状态,具有大α值。与大半径处局部处理的机制相比,全局处理的方法增加了GI出现的几率。2)不同的非均匀粘滞处理方法。GI出现时,本文设定粘滞参数为0.02;而局部处理的方法认为引力引起的粘滞参数与局部面密度的大小有关。GI消退时,本文有较复杂的α值,与Armitage采用的定值参数是有差别的。所以,低值吸积率是平稳的变化而不是趋于一个稳定值。 本文认为盘子外面有一个稳定的质量流入环(?)_(infall)加到盘子上,盘子从质量为零演化到稳定状态或者稳态有限循环状态。在这样的初始条件下,运用全局GI触发机制及非均匀粘滞,来求数值解物质被吸积到原恒星上的吸积率(内边界吸积率)。质量流入设定的值在一定的范围时,数值结果也会出现高吸积率不定期爆发的现象:GI出现时对应着的峰值约3×10~(-6)M_⊙yr~(-10,GI消退时对应着的低值约10~(-10)M_⊙yr~(-1),两者交替出现。这种爆发现象正好解释了年轻恒星会频繁地周期性地出现向外质量喷流,正如观测的“脉冲”。计算得出爆发持续的时间约10~3yr,这个时间比局部的结果10~4yr要小,与猎户FU型星体的质量喷流的观测进行比较,本文的结果更符合一些。实际上,质量流入的大小影响着爆发持续以及再次出现的时间。一般地,质量流入设定的值越小,爆发持续的时间越短,峰值图像越尖锐,再次出现的时间越长。另外,在磁化分层原行星盘的宁静层区域,迁移率降低,大质量行星有一定的时间与盘子相互作用而产生较大的离心率。
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：P14

【共引文献】

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1 隋宁;太阳星云的演变[D];吉林大学;2010年

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本文编号：1269626