周惑星円盤の氷。I. 氷の形成と粘性進化と粒子の漂流

原始惑星系円盤の場合は真ん中に核融合炉が有るけど周惑星円盤の場合は真ん中に有るのは石炭火力程度だから近くから氷が存在できる？以下、機械翻訳。
周惑星円盤の氷。I. 氷の形成と粘性進化と粒子の漂流
概要
環境。木星の大きな氷の衛星は、周惑星円盤 (CPD) で形成されました。 CPD は、垂直に落下する周星円盤によって供給されます。
降着時に衝撃加熱される可能性のあるガスとダスト。降着した物質は衛星に組み込まれるか、惑星に落ちます。
惑星、または比較的短いタイムスケールでディスクエッジを超えて失われます。氷がCPDへの降着中に昇華する場合、私たちは知っています
それらが再凝縮するのに十分な時間がなければ、ガニメデやカリストなどの衛星が形成できませんでした。化学タイムスケール
十分に氷のような固体を形成するには、CPD の動的挙動と特性に新しい制約が課せられます。
ねらい。私たちは、CPD における氷形成のプロセスを調査して、ディスクのどの特性 (質量、粘度、およびダスト対ガス比) は、氷の衛星系の形成と一致しています。
メソッド。放射熱化学コード ProDiMo (原始惑星系円盤モデル) を使用して、放射状の氷の量がどのように変化するかを分析します。
CPDで進化します。円盤のさまざまな初期化学条件を考慮して、落下する物質が存在することの結果を調査します
星周円盤から受け継いだものか、衝撃加熱によって原子状態にリセットされたものです。氷形成のタイムスケールを対比します
ディスクの粘性タイムスケールと放射状のダストドリフト。
結果。モデルCPDの小さなグリッドで、放射状の氷の存在量と氷の形成速度を導き出しました。水の氷は非常に形成することができます
かなりの部分が1年以内にダスト粒子に効率的に再堆積するため、最初の原子状態からCPDで効率的に。
放射状の粒子ドリフトの時間スケールは、一般に、粒子の氷形成の時間スケールよりも長くなります。サイズが < 3 mm の氷粒は、その氷の状態を保持します
L ∗ < 10 L の場合、光学的に薄い周星円盤のギャップを 5 au で横切りながらマントルを通過します。
結論。三体反応は、CPD の高密度ミッドプレーン状態での水の形成に重要な役割を果たします。 CPD
氷と岩石の比率が
氷のガリレオ衛星。 CPD スノーラインは放射状粒子ドリフトによって消去されず、これは組成勾配と一致しています。
ガリレオの衛星が原始的であること。
キーワード。惑星と衛星: 形成 – 惑星と衛星: 構成 – 降着、降着円盤 – 原始惑星系円盤 – 惑星と衛星: 個別: 木星 – 方法: 数値


図 1: 40-120 K の範囲の周星円盤ギャップ周辺の 2D ダスト温度分布 (上)。 実線、破線、および点線の黒い等高線は、相対的な UV フィールド強度 χ を示します (
Eq.12)。 黒枠の白い円は木星の位置を表し、水平バーは CPD の物理的な範囲を示します。 黒い枠の白い十字は、継承された化学が一度に抽出される場所
スケールの高さ z = H. 水素原子核カラム密度 (青線)
比較のための乱されていない周星円盤密度プロファイル (水色の破線) (下)。


図 2: 周星円盤のギャップ内の氷の存在量を、UV 照射開始後の時間の関数として、さまざまな星の光度に対する初期の氷の存在量に正規化したもの。
各トラックの幅は、氷の昇華の範囲を表します
ギャップ領域全体の可変条件に対応するレート
(z = 0 − 0.5 au、r = 5.2 - 8.2 au)。


図 3: 4 つの基準 CPD の放射状ミッドプレーンダスト温度プロファイル (d/g = 10^−3.3)、テーブル内のモデル ID でラベル付け
4. 4 つの円は現在の半径位置のみを示します
ガリレオ衛星の. 左側の縞模様の灰色の領域は、内部の空洞を示しています。 右側の薄い灰色の領域は、RH/3 の外側の重力的に不安定なゾーンを示しています (ここで、
RH = 0.35 au)


図 4: 表面密度 (赤) とミッドプレーン FUV 電界強度
高い (10^-7 M太陽 ) と低いの Drain フィールド χ (青) の単位
(10^-8 M太陽) 質量 CPD。 4つの丸は現在を表す
ガリレオ衛星の半径位置とその位置
縦座標は任意です。 左側の縞模様の灰色の領域は、
空の内部磁気キャビティと、上の薄い灰色の領域
右は RH/3 の外側の重力不安定ゾーンを示します
(RH = 0.35 au)


図 5: 高質量、高粘度の雪線を越えたさまざまな半径での時間の関数としての水の氷形成率
CPD (7-10)、水の氷形成の 2 つの異なる段階を説明します。 すべての値は最大フォーメーションに正規化されています
10^−5 年での速度、r = 0.08 RH。 衰退の時代
豊富な遊離 O および遊離 H 末端は灰色の縦線で示されます。 開始時刻 t0 は、落下するときとして定義されます。
ガスは原子およびイオン化された状態に衝撃加熱されます。


図 6: d/g = 10^−3.3 の CPD の t = tvisc におけるミッドプレーンの氷の割合
. 4 つの円は、現在の放射状の位置を示します。
ガリレオ衛星と不確実性バーは、氷の割合の可能な範囲を表しています。 細い点線はイニシャル
遺伝の場合の放射状の氷の割合。 右側の塗りつぶされた灰色の領域は、その外側の重力的に不安定なゾーンを示しています
RH/3。

5。結論
周惑星円盤は独特の化学環境を表す
高密度と比較的短いタイムスケールが特徴
ガスとダストが粘性または空気力学的に失われる場所。私達
この環境における氷形成のプロセスを調査することを目的とした
初期の化学的条件を明確に対照することから、
氷/岩を含む固体 ~ 1 は、
木星CPDの粘性タイムスケール。パラダイムをテストしました
どの固体が星周円盤から小さな粒子 (< 1 cm) の形で「ガス不足」に比較的直接運ばれるか
低質量 CPD。重要な結論を次のように強調します。
落下物が化学的にリセットされた場合:
1. CPD の高密度は、急速な水の氷の形成につながる三体の「コライダー」反応を促進します。
水の氷の OH の水素化によって 1 年以内に形成されます。
2. α ≈ 10−3 − 10−4 の場合、tvisc 内でガニメデまたはカリストの氷分率を持つ固体が生成されます。
ミッドプレーンが正規のものと比較して 20 ～ 50 倍にほこりで枯渇している場合
d/g = 10^−2
.
化学遺伝が発生した場合:
1. 惑星近くの氷が効率的に昇華し、
内のリセットケースと同様の場所にあるスノーライン
tvisc。追加の氷の形成は最小限です。
どちらの場合にも：
1. 氷のような星周ダストの粒子は、その大部分を保持しています。
CPD に付着した場合のギャップ通過中の揮発性成分
恒星の光度が 10 L を超えない限り、100 年以内。
2. CPD 温度プロファイルの組成インプリントは次のとおりです。
サイズ a < 1 cm の粒子の場合、放射状のダスト ドリフトによって消去されません。
3. 「高質量」の CPD (MCPD = 10^−4 MJ) のみが感度が高い
初期化学条件への: 水氷の形成
酸素が気相 CO に閉じ込められたままになる傾向があるため、化学的リセットが発生すると、内部ディスクの効率が低下します。
私たちの太陽系では氷の衛星がよく見られます。どんなに
氷がCPDに組み込まれたときに昇華するかどうか、
氷が効率的に再堆積できることを実証しました
ちりの粒子に付着し、氷の衛星の一般的な遍在性を可能にします。