本文關(guān)鍵詞： 分子云核 原行星盤 太陽(yáng)系外行星 太陽(yáng)系 行星形成　出處：《吉林大學(xué)》2014年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：太陽(yáng)系外行星顯得多種多樣。他們中的大多數(shù)與我們太陽(yáng)系是很不同的。隨著觀測(cè)的進(jìn)展和探測(cè)到的行星數(shù)目的增加，一個(gè)重要的問題是導(dǎo)致多樣性的物理機(jī)制是什么。直到現(xiàn)在，探測(cè)到的超過(guò)900個(gè)圍繞太陽(yáng)類型恒星的太陽(yáng)系外行星中，其中大多數(shù)是氣態(tài)巨行星。這些氣態(tài)巨行星的半長(zhǎng)軸分布有兩個(gè)顯著的特點(diǎn)。首先，在大約0.04AU處有很多行星。傳統(tǒng)上，半長(zhǎng)軸小于大約0.1AU的氣態(tài)巨行星被定義為“熱類木星”。其次，大部分的氣態(tài)巨行星在半長(zhǎng)軸大于大約0.1AU的軌道上。這些氣態(tài)巨行星的大多數(shù)的半長(zhǎng)軸在0.1AU到2.7AU之間。2.7AU之外，氣態(tài)巨行星的數(shù)目隨半長(zhǎng)軸的增加而減少，很少具有半長(zhǎng)軸大于7AU。然而需要注意的是當(dāng)前的觀測(cè)技術(shù)傾向于發(fā)現(xiàn)接近中央恒星的行星。熱類木星被認(rèn)為在原行星盤的外部形成，然后快速地遷移到短周期軌道，并由一個(gè)停止機(jī)制停止。他丟失了他起初形成位置的信息。在這篇文章中，我們關(guān)注那些半長(zhǎng)軸大于0.1AU的氣態(tài)巨行星。我們相信他們保留他們形成位置的信息。令人驚奇地，與我們的太陽(yáng)系不同，很多的太陽(yáng)系外行星具有半長(zhǎng)軸小于2.7AU，即在最小質(zhì)量太陽(yáng)星云的雪線內(nèi)部。 之前對(duì)行星形成的研究中，人們使用人為初始條件的原行星盤或穩(wěn)態(tài)的原行星盤，例如最小質(zhì)量星云模型，因此分子云核性質(zhì)對(duì)行星形成的影響沒有被認(rèn)識(shí)到。 本論文的目標(biāo)是說(shuō)明太陽(yáng)系外行星的多樣性是如何與分子云核的多樣性相關(guān)的。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的恒星形成理論，恒星通過(guò)分子云核的引力坍塌形成。觀測(cè)表明分子云核緩慢地轉(zhuǎn)動(dòng)。角動(dòng)量的存在導(dǎo)致分子云核在坍塌中形成原恒星+盤系統(tǒng)。行星在這樣的原行星盤中形成。分子云核的性質(zhì)確定了系統(tǒng)的初始條件并且決定了提供行星形成環(huán)境的原行星盤的性質(zhì)。因此，除了固體碰撞這樣的隨機(jī)過(guò)程，分子云核的性質(zhì)應(yīng)該決定了最終行星系統(tǒng)的性質(zhì)。在之前行星形成的研究中，人們總是使用人為初始條件的原行星盤或穩(wěn)態(tài)的原行星盤，例如最小質(zhì)量星云模型。因此分子云核性質(zhì)與形成的行星系統(tǒng)性質(zhì)的關(guān)系不是總被提到。 我們用包括分子云核引力坍塌的質(zhì)量流入的原行星盤模型并且計(jì)算原行星盤面密度對(duì)分子云核參數(shù)的依賴關(guān)系。為了具體而且定量，我們研究太陽(yáng)系外行星半長(zhǎng)軸的多樣性。利用氣態(tài)巨行星的標(biāo)準(zhǔn)的核吸積模型，原行星盤中行星形成區(qū)域的邊界可以作為分子云核性質(zhì)的函數(shù)來(lái)計(jì)算。我們的方法利用了分子云核的性質(zhì)可以通過(guò)觀測(cè)被很好的理解這樣的事實(shí)。 從分子云核到行星系統(tǒng)，一個(gè)系統(tǒng)經(jīng)歷了很多物理過(guò)程，比如原行星盤的形成和演化，固體的碰撞，星子的形成，氣態(tài)巨行星固體核的形成，氣體的吸積，其中一些仍然沒有被理解。一些過(guò)程，比如固體碰撞，可能是隨機(jī)的而且形成位置可能不是固定的。然而，我們說(shuō)明行星形成區(qū)域的邊界可以被初始條件決定。被決定的邊界可能與太陽(yáng)系外行星的半長(zhǎng)軸的多樣性相關(guān)，并且可能與木星和土星的軌道比較。即使理論上理解這些物理過(guò)程有不確定性，我們選擇可以接受的處理方式用以說(shuō)明行星系統(tǒng)與形成行星系統(tǒng)的分子云核的聯(lián)系。 我們利用考慮分子云核引力坍塌質(zhì)量流入的原行星盤模型和氣態(tài)巨行星形成的核吸積模型研究了太陽(yáng)系外行星的多樣性與分子云核多樣性的關(guān)系。特別地，我們研究了行星的半長(zhǎng)軸分布對(duì)分子云核性質(zhì)的依賴關(guān)系。我們的主要結(jié)論如下。（1）分子云核性質(zhì)，，，TM CC和M MCC決定了系統(tǒng)的總質(zhì)量和總角動(dòng)量，分子云核的坍塌時(shí)間，質(zhì)量流入速率，因此決定了原行星盤的結(jié)構(gòu)和演化。（2）原行星盤的結(jié)構(gòu)和演化依賴于他的引力穩(wěn)定性，因?yàn)楫?dāng)原行星盤引力不穩(wěn)時(shí)，有效粘滯會(huì)增加，面密度很快的減少。文獻(xiàn)中，一般認(rèn)為原行星盤的引力不穩(wěn)與他的質(zhì)量相關(guān)。我們的研究證實(shí)，引力不穩(wěn)不僅與質(zhì)量相關(guān)，而且與比角動(dòng)量相關(guān)。原行星盤是否穩(wěn)定，與形成原行星盤的分子云核的，TM CC和M MCC有關(guān)。當(dāng)大于臨界值時(shí)，例如TM CC15K和M MCC1M⊙時(shí)為1.31014s-1，TM CC小于臨界值時(shí)，例如2.81014s-1和M MCC1M⊙時(shí)為22K，M MCC大于臨界值時(shí)，例如2.81014s-1和TM CC15K時(shí)為0.62M⊙，原行星盤發(fā)生引力不穩(wěn)。（3）對(duì)固定的TM CC和M MCC，原行星盤形成區(qū)域的面密度隨先增加，當(dāng)大于臨界值之后由于引力不穩(wěn)引起的高的粘滯而減小。面密度隨TM CC減小的變化與隨增加的變化相似。當(dāng)M MCC增加時(shí)，面密度向大半徑擴(kuò)展。（4）我們計(jì)算了行星形成的邊界和雪線的最大位置對(duì)，TM CC和M MCC的依賴關(guān)系。對(duì)固定的TM CC和M MCC，原行星盤形成區(qū)域隨先增加，當(dāng)大于臨界值后減小。邊界隨TM CC減小的變化與隨增加的變化相似。形成區(qū)域隨M MCC的增加而增大，當(dāng)M MCC大于臨界值后減小。（5）我們也比較了我們的計(jì)算結(jié)果與太陽(yáng)系外行星的觀測(cè)。通過(guò)分子云核的觀測(cè)數(shù)據(jù)，我們的模型可能推得觀測(cè)的半長(zhǎng)軸的范圍和最可幾值。（6）對(duì)于大部分和TM CC的觀測(cè)值，雪線位于10AU。僅由行星在雪線處的形成不能完全解釋觀測(cè)到的半長(zhǎng)軸分布。如果當(dāng)前觀測(cè)到的8AU的稀少不是由于觀測(cè)偏差，這就意味著行星在雪線處的形成效率是低的。（7）我們形成區(qū)域的計(jì)算可以與木星和土星的軌道比較。（8）我們說(shuō)明即使有更長(zhǎng)時(shí)間的觀測(cè)，如果雪線處行星的形成效率不高，半長(zhǎng)軸小于9AU的行星數(shù)目依然大于半長(zhǎng)軸大于9AU的行星數(shù)目。（9）如果很致密區(qū)域擴(kuò)展到大于12AU，僅區(qū)域I不能解釋整個(gè)致密區(qū)域，而且我們不能得到行星在雪線形成效率低的結(jié)論。致密區(qū)域可以由在區(qū)域I和雪線處行星的形成共同解釋。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：P15

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