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Reduction of dust radial drift by turbulence in protoplanetary disks
Astronomy & Astrophysics ( IF 6.5 ) Pub Date : 2024-05-06 , DOI: 10.1051/0004-6361/202449660 Fabiola Antonietta Gerosa , Jérémie Bec , Héloïse Méheut , Anand Utsav Kapoor
Astronomy & Astrophysics ( IF 6.5 ) Pub Date : 2024-05-06 , DOI: 10.1051/0004-6361/202449660 Fabiola Antonietta Gerosa , Jérémie Bec , Héloïse Méheut , Anand Utsav Kapoor
Context. Dust particles in protoplanetary disks rotate at velocities exceeding those of the surrounding gas due to a lack of pressure support. Consequently, they experience a headwind from the gas that drives them toward the central star. Radial drift occurs on timescales much shorter than those inferred from disk observations or those required for dust to aggregate and form planets. Additionally, turbulence is often assumed to amplify the radial drift of dust in planet-forming disks when modeled through an effective viscous transport. However, the local interactions between turbulent eddies and particles are known to be significantly more intricate than in a viscous fluid.Aims. Our objective is to elucidate and characterize the dynamic effects of Keplerian turbulence on the mean radial and azimuthal velocities of dust particles.Methods. We employed 2D shearing-box incompressible simulations of the gas, which is maintained in a developed turbulent state while rotating at a sub-Keplerian speed. Dust is modeled as Lagrangian particles set at a Keplerian velocity, therefore experiencing a radial force toward the star through drag.Results. Turbulent eddies are found to reduce the radial drift, while simultaneously enhancing the azimuthal velocities of small particles. This dynamic behavior arises from the modification of dust trajectories due to turbulent eddies.
中文翻译：
原行星盘中的湍流减少尘埃径向漂移
语境。由于缺乏压力支持，原行星盘中的尘埃颗粒以超过周围气体的速度旋转。因此，它们会经历来自气体的逆风，将它们驱向中心恒星。径向漂移发生的时间尺度比磁盘观测推断的时间尺度或尘埃聚集并形成行星所需的时间尺度短得多。此外，当通过有效的粘性传输进行建模时，湍流通常被认为会放大行星形成盘中尘埃的径向漂移。然而，湍流涡流和颗粒之间的局部相互作用比粘性流体中的局部相互作用要复杂得多。目标。我们的目标是阐明和表征开普勒湍流对尘埃颗粒的平均径向速度和方位角速度的动态影响。方法。我们采用了气体的二维剪切盒不可压缩模拟，该气体在以亚开普勒速度旋转时保持发达的湍流状态。尘埃被建模为以开普勒速度设置的拉格朗日粒子，因此通过阻力受到朝向恒星的径向力。结果。人们发现湍流涡流可以减少径向漂移，同时提高小颗粒的方位角速度。这种动态行为是由于湍流涡流对灰尘轨迹的改变而产生的。
更新日期：2024-05-07
中文翻译：
原行星盘中的湍流减少尘埃径向漂移
语境。由于缺乏压力支持，原行星盘中的尘埃颗粒以超过周围气体的速度旋转。因此，它们会经历来自气体的逆风，将它们驱向中心恒星。径向漂移发生的时间尺度比磁盘观测推断的时间尺度或尘埃聚集并形成行星所需的时间尺度短得多。此外，当通过有效的粘性传输进行建模时，湍流通常被认为会放大行星形成盘中尘埃的径向漂移。然而，湍流涡流和颗粒之间的局部相互作用比粘性流体中的局部相互作用要复杂得多。目标。我们的目标是阐明和表征开普勒湍流对尘埃颗粒的平均径向速度和方位角速度的动态影响。方法。我们采用了气体的二维剪切盒不可压缩模拟，该气体在以亚开普勒速度旋转时保持发达的湍流状态。尘埃被建模为以开普勒速度设置的拉格朗日粒子，因此通过阻力受到朝向恒星的径向力。结果。人们发现湍流涡流可以减少径向漂移，同时提高小颗粒的方位角速度。这种动态行为是由于湍流涡流对灰尘轨迹的改变而产生的。
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