本文關(guān)鍵詞：磁化分層原行星盤(pán)中不定期爆發(fā)的高吸積率的研究

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【摘要】：太陽(yáng)星云理論是目前最廣為接受的太陽(yáng)系起源理論。星際氣體云因?yàn)橐λs或者鄰近超新星爆發(fā)帶來(lái)的壓力等導(dǎo)致從內(nèi)而外的收縮,分子云核的坍縮形成了原恒星,為保證角動(dòng)量守恒,外圍轉(zhuǎn)動(dòng)的星云繞原恒星運(yùn)動(dòng)并且越來(lái)越快,物質(zhì)向中平面沉降,星云結(jié)構(gòu)變得越來(lái)越平,最終形成“原恒星+盤(pán)”的結(jié)構(gòu)。中心的原恒星繼續(xù)從盤(pán)中吸積物質(zhì)演化成現(xiàn)在的太陽(yáng);盤(pán)中氣體-塵埃的結(jié)塊、沉降、積聚,慢慢演化形成繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的大小天體。這種盤(pán)結(jié)構(gòu)孕育著行星的成長(zhǎng),所以太陽(yáng)星云也叫做原行星盤(pán)。 原行星盤(pán)是圍繞著恒星運(yùn)動(dòng)的一種吸積盤(pán)。研究太陽(yáng)系的起源,可以從吸積盤(pán)的理論基礎(chǔ)出發(fā),構(gòu)建更為實(shí)際的原行星盤(pán)模型,數(shù)值模擬計(jì)算其演化的過(guò)程與結(jié)果,從而解釋太陽(yáng)系已有的觀測(cè),也可以預(yù)測(cè)未來(lái)的現(xiàn)象。數(shù)值計(jì)算原行星盤(pán)的演化,最主要的參數(shù)有面密度,吸積率,粘滯系數(shù),溫度,Q參數(shù)等。本文數(shù)值計(jì)算磁化分層原行星盤(pán)的吸積率變化得出結(jié)論從而解釋一些天文現(xiàn)象。 采用全粘滯盤(pán)的均勻粘滯,在數(shù)值模擬太陽(yáng)星云演化過(guò)程中,似乎錯(cuò)過(guò)了很多信息和漏掉了些重要的結(jié)果。1996年,金立平教授第一次提出了磁化分層原行星盤(pán)結(jié)構(gòu),解釋“dead-zone”的存在:盤(pán)子中間區(qū)域(InR)的靠近中平面的氣體,比較冷而不能被熱電離并且比較厚而不能被宇宙射線穿透,氣體電離度很低,磁旋轉(zhuǎn)不穩(wěn)(MRI)不足以維持,此區(qū)域粘滯α較低;InR的表面區(qū)域及盤(pán)子的外部區(qū)域,由于氣體稀疏可以被宇宙射線穿透,電離度足以維持MRI;盤(pán)子的內(nèi)部區(qū)域(IR)溫度大于800K,由于熱電離,MRI能被維持。 Armitage在2001年,運(yùn)用磁化分層盤(pán)模型來(lái)描述原行星盤(pán),考慮在1AU半徑附近的寧?kù)o層局部GI觸發(fā)來(lái)傳輸角動(dòng)量,模擬粘滯系數(shù)α,發(fā)現(xiàn)吸積率會(huì)出現(xiàn)不定期的高吸積率爆發(fā)。這就導(dǎo)致了在年輕恒星天體中會(huì)出現(xiàn)重復(fù)性的強(qiáng)烈的質(zhì)量外流。這種吸積模式應(yīng)該出現(xiàn)在原行星盤(pán)演化的早期大約小于1百萬(wàn)年,那么在分層盤(pán)中很多年輕的主序星早期的平均吸積率較低,由此得出:當(dāng)盤(pán)子的規(guī)模尺度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)最小質(zhì)量太陽(yáng)星云的時(shí)候(演化時(shí)間約幾百萬(wàn)年),分層盤(pán)的盤(pán)子質(zhì)量比粘滯盤(pán)的盤(pán)子質(zhì)量要大10倍左右,大部分的多余質(zhì)量將會(huì)積聚在半徑1AU附近的寧?kù)o層。分層盤(pán)寧?kù)o層的粘滯較小,低質(zhì)量行星的遷移率在分層盤(pán)的外部邊緣減小,這也增加了巨行星是在半徑1-3AU區(qū)域形成的可能性。 本文在Armitage(2001年)的工作基礎(chǔ)上,對(duì)磁化分層原行星盤(pán)中的內(nèi)邊界吸積率進(jìn)行研究。主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)有:1)在分層盤(pán)模型中,考慮全局GI來(lái)傳輸角動(dòng)量。本文認(rèn)為一旦盤(pán)子任意半徑處的面密度大于臨界值,GI就會(huì)出現(xiàn);然后整個(gè)盤(pán)子都處于高粘滯狀態(tài),具有大α值。與大半徑處局部處理的機(jī)制相比,全局處理的方法增加了GI出現(xiàn)的幾率。2)不同的非均勻粘滯處理方法。GI出現(xiàn)時(shí),本文設(shè)定粘滯參數(shù)為0.02;而局部處理的方法認(rèn)為引力引起的粘滯參數(shù)與局部面密度的大小有關(guān)。GI消退時(shí),本文有較復(fù)雜的α值,與Armitage采用的定值參數(shù)是有差別的。所以,低值吸積率是平穩(wěn)的變化而不是趨于一個(gè)穩(wěn)定值。 本文認(rèn)為盤(pán)子外面有一個(gè)穩(wěn)定的質(zhì)量流入環(huán)(?)_(infall)加到盤(pán)子上,盤(pán)子從質(zhì)量為零演化到穩(wěn)定狀態(tài)或者穩(wěn)態(tài)有限循環(huán)狀態(tài)。在這樣的初始條件下,運(yùn)用全局GI觸發(fā)機(jī)制及非均勻粘滯,來(lái)求數(shù)值解物質(zhì)被吸積到原恒星上的吸積率(內(nèi)邊界吸積率)。質(zhì)量流入設(shè)定的值在一定的范圍時(shí),數(shù)值結(jié)果也會(huì)出現(xiàn)高吸積率不定期爆發(fā)的現(xiàn)象:GI出現(xiàn)時(shí)對(duì)應(yīng)著的峰值約3×10~(-6)M_⊙yr~(-10,GI消退時(shí)對(duì)應(yīng)著的低值約10~(-10)M_⊙yr~(-1),兩者交替出現(xiàn)。這種爆發(fā)現(xiàn)象正好解釋了年輕恒星會(huì)頻繁地周期性地出現(xiàn)向外質(zhì)量噴流,正如觀測(cè)的“脈沖”。計(jì)算得出爆發(fā)持續(xù)的時(shí)間約10~3yr,這個(gè)時(shí)間比局部的結(jié)果10~4yr要小,與獵戶FU型星體的質(zhì)量噴流的觀測(cè)進(jìn)行比較,本文的結(jié)果更符合一些。實(shí)際上,質(zhì)量流入的大小影響著爆發(fā)持續(xù)以及再次出現(xiàn)的時(shí)間。一般地,質(zhì)量流入設(shè)定的值越小,爆發(fā)持續(xù)的時(shí)間越短,峰值圖像越尖銳,再次出現(xiàn)的時(shí)間越長(zhǎng)。另外,在磁化分層原行星盤(pán)的寧?kù)o層區(qū)域,遷移率降低,大質(zhì)量行星有一定的時(shí)間與盤(pán)子相互作用而產(chǎn)生較大的離心率。
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2011
【分類號(hào)】：P14

【共引文獻(xiàn)】

中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

1 隋寧;太陽(yáng)星云的演變[D];吉林大學(xué);2010年

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本文編號(hào)：1269626