論文関連の(ほぼ)個人用メモ。



arXiv:1909.11065
Yun et al. (2019)
Properties of Density and Velocity Gaps Induced by a Planet in a Protoplanetary Disk
(原始惑星系円盤内の惑星によって誘起される密度と速度ギャップの特性)

概要

原始惑星系円盤とその中に存在する惑星との重力相互作用は，最近の ALMA による観測で発見されている，円盤内のギャップとリング構造の形成メカニズムのひとつである．

円盤に形成されるギャップの特性を，ガス面密度だけではなく回転速度分布からも測定して定量化するため，原始惑星系円盤の 2 次元流体力学シミュレーションを実行した．ここでのパラメータは 3 つ，中心星に対する惑星の質量比 \(q\)，円盤のスケールハイト \(h_{\rm p}\) に対する惑星軌道半径 \(r_{\rm p}\) の比，粘性 \(\alpha\)．

その結果，ガス面密度のギャップ深さ \(\delta_{\Sigma}\) は，単一の無次元パラメータ \(K=q^{2}\left(h_{p}/r_{p}\right)^{-5}\alpha^{-1}\) に依存し，\(\delta_{\Sigma}=\left(1+0.046K\right)^{-1}\) と表すことが出来る．これは Kanagawa et al. (2015a) と整合的な結果である．

また回転速度におけるギャップ深さ \(\delta_{V}\) は，\(\delta_{V}=0.007\left(h_{p}/r_{p}\right)K^{1.38}/\left(1+0.06K^{1.03}\right)\) で与えられる．

面密度と回転速度両方におけるギャップ幅は，惑星質量が円盤の熱的質量 (\(M_{\rm th}\)) 程度の場合は，\(4.7h_{\rm p}\) の最小値を取る．一方で \(M_{p}/M_{\rm th}\) が 1 から増加もしくは減少すると，ギャップ幅はべき乗則で増加する．
このようなギャップ幅の最小値は，sub-thermal な惑星によって励起される渦状腕は，円盤ガスに衝撃を与えてギャップを開く前に伝播する必要があることに由来する．

ここで得られた関係を過去の研究結果のギャップ深さおよび幅と比較し，観測への適用可能性について議論する．

[0回]