太阳系外行星的多样性与分子云核的多样性

发布时间：2018-02-15 05:50

本文关键词： 分子云核原行星盘太阳系外行星太阳系行星形成　出处：《吉林大学》2014年博士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：太阳系外行星显得多种多样。他们中的大多数与我们太阳系是很不同的。随着观测的进展和探测到的行星数目的增加，一个重要的问题是导致多样性的物理机制是什么。直到现在，探测到的超过900个围绕太阳类型恒星的太阳系外行星中，其中大多数是气态巨行星。这些气态巨行星的半长轴分布有两个显著的特点。首先，在大约0.04AU处有很多行星。传统上，半长轴小于大约0.1AU的气态巨行星被定义为“热类木星”。其次，大部分的气态巨行星在半长轴大于大约0.1AU的轨道上。这些气态巨行星的大多数的半长轴在0.1AU到2.7AU之间。2.7AU之外，气态巨行星的数目随半长轴的增加而减少，很少具有半长轴大于7AU。然而需要注意的是当前的观测技术倾向于发现接近中央恒星的行星。热类木星被认为在原行星盘的外部形成，然后快速地迁移到短周期轨道，并由一个停止机制停止。他丢失了他起初形成位置的信息。在这篇文章中，我们关注那些半长轴大于0.1AU的气态巨行星。我们相信他们保留他们形成位置的信息。令人惊奇地，与我们的太阳系不同，很多的太阳系外行星具有半长轴小于2.7AU，即在最小质量太阳星云的雪线内部。之前对行星形成的研究中，人们使用人为初始条件的原行星盘或稳态的原行星盘，例如最小质量星云模型，因此分子云核性质对行星形成的影响没有被认识到。本论文的目标是说明太阳系外行星的多样性是如何与分子云核的多样性相关的。根据标准的恒星形成理论，恒星通过分子云核的引力坍塌形成。观测表明分子云核缓慢地转动。角动量的存在导致分子云核在坍塌中形成原恒星+盘系统。行星在这样的原行星盘中形成。分子云核的性质确定了系统的初始条件并且决定了提供行星形成环境的原行星盘的性质。因此，除了固体碰撞这样的随机过程，分子云核的性质应该决定了最终行星系统的性质。在之前行星形成的研究中，人们总是使用人为初始条件的原行星盘或稳态的原行星盘，例如最小质量星云模型。因此分子云核性质与形成的行星系统性质的关系不是总被提到。我们用包括分子云核引力坍塌的质量流入的原行星盘模型并且计算原行星盘面密度对分子云核参数的依赖关系。为了具体而且定量，我们研究太阳系外行星半长轴的多样性。利用气态巨行星的标准的核吸积模型，原行星盘中行星形成区域的边界可以作为分子云核性质的函数来计算。我们的方法利用了分子云核的性质可以通过观测被很好的理解这样的事实。从分子云核到行星系统，一个系统经历了很多物理过程，比如原行星盘的形成和演化，固体的碰撞，星子的形成，气态巨行星固体核的形成，气体的吸积，其中一些仍然没有被理解。一些过程，比如固体碰撞，可能是随机的而且形成位置可能不是固定的。然而，我们说明行星形成区域的边界可以被初始条件决定。被决定的边界可能与太阳系外行星的半长轴的多样性相关，并且可能与木星和土星的轨道比较。即使理论上理解这些物理过程有不确定性，我们选择可以接受的处理方式用以说明行星系统与形成行星系统的分子云核的联系。我们利用考虑分子云核引力坍塌质量流入的原行星盘模型和气态巨行星形成的核吸积模型研究了太阳系外行星的多样性与分子云核多样性的关系。特别地，我们研究了行星的半长轴分布对分子云核性质的依赖关系。我们的主要结论如下。（1）分子云核性质，，，TM CC和M MCC决定了系统的总质量和总角动量，分子云核的坍塌时间，质量流入速率，因此决定了原行星盘的结构和演化。（2）原行星盘的结构和演化依赖于他的引力稳定性，因为当原行星盘引力不稳时，有效粘滞会增加，面密度很快的减少。文献中，一般认为原行星盘的引力不稳与他的质量相关。我们的研究证实，引力不稳不仅与质量相关，而且与比角动量相关。原行星盘是否稳定，与形成原行星盘的分子云核的，TM CC和M MCC有关。当大于临界值时，例如TM CC15K和M MCC1M⊙时为1.31014s-1，TM CC小于临界值时，例如2.81014s-1和M MCC1M⊙时为22K，M MCC大于临界值时，例如2.81014s-1和TM CC15K时为0.62M⊙，原行星盘发生引力不稳。（3）对固定的TM CC和M MCC，原行星盘形成区域的面密度随先增加，当大于临界值之后由于引力不稳引起的高的粘滞而减小。面密度随TM CC减小的变化与随增加的变化相似。当M MCC增加时，面密度向大半径扩展。（4）我们计算了行星形成的边界和雪线的最大位置对，TM CC和M MCC的依赖关系。对固定的TM CC和M MCC，原行星盘形成区域随先增加，当大于临界值后减小。边界随TM CC减小的变化与随增加的变化相似。形成区域随M MCC的增加而增大，当M MCC大于临界值后减小。（5）我们也比较了我们的计算结果与太阳系外行星的观测。通过分子云核的观测数据，我们的模型可能推得观测的半长轴的范围和最可几值。（6）对于大部分和TM CC的观测值，雪线位于10AU。仅由行星在雪线处的形成不能完全解释观测到的半长轴分布。如果当前观测到的8AU的稀少不是由于观测偏差，这就意味着行星在雪线处的形成效率是低的。（7）我们形成区域的计算可以与木星和土星的轨道比较。（8）我们说明即使有更长时间的观测，如果雪线处行星的形成效率不高，半长轴小于9AU的行星数目依然大于半长轴大于9AU的行星数目。（9）如果很致密区域扩展到大于12AU，仅区域I不能解释整个致密区域，而且我们不能得到行星在雪线形成效率低的结论。致密区域可以由在区域I和雪线处行星的形成共同解释。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：P15

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