Перенос излучения и эволюция пыли в протопланетных дисках

• Автор: Акимкин, Виталий Викторович
• Шифр специальности: 01.03.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 142 с. : ил.

Глава 1. Физико-химическое моделирование протопланетных дисков
1.1. Модели структуры протопланетных дисков
1.1.1. Выбор и обоснование принятых методик исследований
1.2. Модель протопланетного диска
1.2.1. Определение температуры пыли и поля излучения
1.2.2. Определение температуры газа и его молекулярного состава
1.2.3. Моделирование эволюции пыли
1.2.4. Вертикальное распределение плотности
1.2.5. Программный комплекс ANDES
1.3. Ускоренный алгоритм расчета тепловой структуры
1.3.1. Моментные уравнения переноса для ИК-излучения
1.3.2. Уравнение баланса энергии и функции нагрева
1.3.3. Решение системы уравнений для тепловой структуры
1.4. Тестирование алгоритмов
1.4.1. Тестирование алгоритма расчета переноса излучения
1.4.2. Тестирование алгоритма расчета вертикальной структуры
1.5. Заключение
Глава 2. Влияние эволюции пыли на структуру протопланетных дисков
2.1. Тепловая структура диска на ранних стадиях формирования
планет

2.2. Химическая структура и молекулярные индикаторы эволюции
пыли
2.2.1. Внешние области диска
2.2.2. Промежуточные области диска
2.2.3. Внутренние области диска
2.3. Влияние УФ-избытка на термо-химическую структуру диска
2.4. Структура диска с химической эволюцией
2.5. Заключение
Глава 3. Восстановление параметров протопланетных дисков по картам в (суб)миллиметровом диапазоне
3.1. Построение синтетических изображений
3.2. Поиск модели наилучшего соответствия
3.3. Наблюдения протопланетного диска СВ
3.3.1. Наблюдения на интерферометре ОУРЮ
3.3.2. Наблюдения на интерферометре ШАМ Р6В1
3.3.3. Наблюдения на интерферометре БМА
3.4. Физическая структура и эволюционный статус СВ
3.4.1. Модели наилучшего соответствия для отдельных карт
3.4.2. Обобщенная модель
3.4.3. Вырожденность моделей
3.4.4. Причины отличий на 110 ГГц
3.5. Заключение
Заключение
Литература
Приложение А. К решению уравнения переноса излучения

Актуальность работы
Последние результаты поиска внесолнечных планет уверенно указывают, что планеты повсеместны в Галактике. Их обнаруживают как у звезд [1], так и изолированно от них [2]. Само наличие хотя бы одной планеты у звезды малой или промежуточной массы стало скорее правилом, чем исключением. К началу 2013 г. различными методиками открыто более 800 планет (см.
Актуальность исследований протопланетных дисков связана также с развитием наблюдательной базы. Значительная доля излучения протопланетных дисков приходится на инфракрасный (ИК) и радио- диапазоны. Мощные инструменты для наблюдений в этих диапазонах появились лишь в последнее время. Еще одной причиной интереса к исследованиям протопланетных дисков, которая никогда не потеряет своей актуальности, является мировоззрен-

2.1. Тепловая структура диска на ранних стадиях формирования планет
Чтобы проанализировать влияние эволюции пыли на структуру диска, мы рассмотрели два эволюционных случая — пыль, характерную для межзвездной среды (астросиликатные пылинки радиусом 0.1 мкм, хорошо перемешанные с газом; модель А), и ту же пыль, которая эволюционировала в течение двух миллионов лет (в результате процессов коагуляции, фрагментации и оседания к центральной плоскости диска; модель Е). Максимальный размер пылинок, достигаемый в центральной плоскости диска в модели Е меняется от 4- 1СГ3см на 550 а.е. до 0.02 см на 10 а.е., а минимальный размер пылинок везде в диске составляет 3 • 10_7см.
На Рис. 2.1 представлена тепловая структура пылевой составляющей диска для моделей А и Е. Различие моделей сильнее всего проявляется в верхних областях диска. Атмосфера диска с проэволюционировавшей пылью (модель Е) горячее на «70 К в центральной части (R < 200а.е.) и на «20 К во внешней части (R > 200 а.е.) по сравнению с моделью А. Повышенные температуры объясняются более крутым спадом частотной зависимости коэффициента поглощения в среднем ИК-диапазоне, где преимущественно излучает пыль. В то же время температуры пыли в окрестности центральной плоскости в обеих моделях примерно равны. Схожие температуры глубоких слоев диска в обеих моделях и прозрачность диска в дальнем ИК-диапазоне приводит к схожим наклонам спектра в Релей-Джинсовской части. Различия в исходящем излучении в основном возникают в среднем ИК-диапазоне, на который приходится максимум излучения диска.
На Рис. 2.2 показано распределение температуры газа в моделях А и Е. Эволюция пыли приводит к нескольким характерным особенностям. При высокой плотности температуры газа и пыли сравниваются между собой