雪线在原行星盘中的演化

发布时间：2020-08-09 06:18

【摘要】：在原行星盘中，冰凝结区域的内边界被称为雪线。雪线被认为在太阳系水分布和行星形成中起着重要的作用。因此，了解和研究雪线的位置在整个原行星盘演变过程中是如何演化的是非常重要的。 在以前的雪线研究中，给定吸积率的定态盘模型被经常采用或者盘子的初始状态已被假定。在这些模型中，雪线在盘子形成过程中的演变行为和雪线与分子云核之间的关系都没有被研究过。在这篇文章中，我们采用包含了分子云核坍塌所导致的质量流入过程的盘子模型来研究雪线的演化。所采用的物质流入蕴含了分子云核的性质。我们的盘子模型是随时间演变的。与以前方法不同的是我们没有人工地假定盘子的初始状态。在我们的模型中，盘子和中央原恒星都是从零质量开始演变的。盘子由分子云核的质量下落获得质量，原恒星则从质量下落和盘中的吸积过程获得质量。因此我们可以研究雪线在盘形成和早期演变阶段的演化行为。在我们的模型中，原恒星和盘子所构成的系统的初始条件是由分子云核的性质，例如：其质量、温度和角动量等，来决定的。其中核的性质对盘子的结构和演化的影响包含在质量流入中。在这篇文章中我们的计算覆盖了一个很大的参数空间，这样我们可以研究雪线的演化行对分子云核性质的依赖关系。 我们得到了以下的结论：1.与前人研究有很大不同的是，我们发现雪线在盘子的形成过程和演化早期是先向外移动的。在雪线的半径达到一个最大值后，雪线才开始向内移动。2.对于分子云核的角动量低的情况，雪线在分子云核坍塌结束时达到最大位置。对于分子云核角动量高的情况，雪线在分子云核坍塌结束前达到最大位置。3.对于分子云核质量M core和分子云核温度Tc ore确定的情况，雪线最大位置，Rm ax，先随分子云核的角速度ω增大而增大，然后随ω增大而减小。对于M core和ω确定的情况，雪线最大位置，Rm ax，先随Tc ore的减小而增大，然后随Tc ore的减小而减小。对于ω和Tc ore确定的情况，Rm ax先随M core的增大而增大，当Mcore足够大以后，Rm ax保持不变。4.当分子云核的角动量足够大时，雪线的时间演变曲线在最大位置附近变平。随着ω增大，或Tc ore减小，或M core增大，雪线停留在最大位置附近的时间增加。5.当分子云核的角动量小时，较少的物质下落到盘子上，从而盘的质量和面密度小。另一方面，当分子云核的角动量大时，盘中的物质流入变得稀疏，从而面密度减小。这限定了Rm ax的值。根据计算，在分子云核的质量为1个太阳质量时，雪线最大位置的最大值为17.4AU。6.当雪线向外移动，在早期雪线以外的冰，在雪线经过其位置后，将快速升华。7.由于水蒸气趋向于扩散到雪线最大位置处，因此提出雪线最大位置可能是气态巨行星形成的优先位置。同时雪线最大位置以内的水蒸气将大量消耗。8. Herschel空间观测站所观测到的原行星盘中冷的水蒸气的缺乏现象也许和雪线最大位置以内水的消耗有关。
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：P185
【图文】：

58图 4.1 原行星盘中雪线位置，snowR ，的时间演化（图来自 Zha& Jin 2015[120]）。输入参量为：14-12.810s ω =×， 15KcoreT =coresunM = 1M。黑线表示的snowR 是由数值模拟确定的，其中中含了 4.2 章中所提到的所有热源。灰线表示的snowR 是由方程（7确定的，其中公式中雪线位置处的 M (t)和 Σ (t)的值是从上面的值模拟中获得的，雪线位置处的温度则等于snowT 。曲线上的实圆 标 记 了 分 子 云 核 坍 塌 结 束 的 时 间 点 。 坍 塌 的 持 续 时 间 corecoreM/ M ，为53 .5× 10yr。

60图 4.2 分子云核角动量较大时，原行星盘中雪线位置，snowR ，时 间 演 化 （ 图 来 自 Zhang & Jin 2015[120] ）。 输 入 参 量 为 14-12.810s ω =×， 7KcoreT =和coresunM = 1M。曲线所带表的义与图 4.1 中一致。曲线上的实心圆标记了分子云核坍塌结束的间点。坍塌的持续时间，corecoreM/ M ，为61 .1× 10yr。

62图 4.3 在不同ω值的不同盘中，对雪线时间演化的比较（Zhang Jin 2015[120]）。其中分子云核的温度和质量分别为 15KcoreT =coresunM = 1M。短虚线，点划线，点线，虚线和实线分别代表了线在 ω =0.4，1.0，2.1，7.0 和-14-12. 0× 10s时的演化。每条曲线的实心圆分别标记了各个分子云核坍塌结束的时间点。图中所有子的坍塌的持续时间，corecoreM/ M ，相同，为 3.510yr5× 。图snowR 的值是由数值模拟计算得到的。

【共引文献】

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本文编号：2786732