On the Formation of Planetesimals: Radial Contraction of the Dust Layer Interacting with the Protoplanetary Disk Gas


Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Radial contraction of the dust layer in the midplane of a gas–dust protoplanetary disk that consists of large dust aggregates is modeled. Sizes of aggregates vary from centimeters to meters assuming the monodispersion of the layer. The highly nonlinear continuity equation for the solid phase of the dust layer is solved numerically. The purpose of the study is to identify the conditions under which the solid matter is accumulated in the layer, which contributes to the formation of planetesimals as a result of gravitational instability of the dust phase of the layer. We consider the collective interaction of the layer with the surrounding gas of the protoplanetary disk: shear stresses act on the gas in the dust layer that has a higher orbital velocity than the gas outside the layer, this leads to a loss of angular momentum and a radial drift of the layer. The stress magnitude is determined by the turbulent viscosity, which is represented as the sum of the α-viscosity associated with global turbulence in the disk and the viscosity associated with turbulence that is localized in a thin equatorial region comprising the dust layer and is caused by the Kelvin–Helmholtz instability. The evaporation of water ice and the continuity of the mass flux of the nonvolatile component on the ice line is also taken into account. It is shown that the accumulation of solid matter on either side of the ice line and in other regions of the disk is determined primarily by the ratio of the radii of dust aggregates on either side of the ice line. If after the ice evaporation the sizes (or density) of dust aggregates decrease by an order of magnitude or more, the density of the solid phase of the layer’s matter in the annular zone adjacent to the ice line from the inside increases sharply. If, however, the sizes of the aggregates on the inner side of the ice line are only a few times smaller than behind the ice line, then in the same zone there is a deficit of mass at the place of the modern asteroid belt. We have obtained constraints on the parameters at which the layer compaction is possible: the global turbulence viscosity parameter (α < 10−5), the initial radial distribution of the surface density of the dust layer, and the distribution of the gas surface density in the disk. Restrictions on the surface density depend on the size of dust aggregates. It is shown that the timescale of radial contraction of a dust layer consisting of meter-sized bodies is two orders of magnitude and that of decimeter ones, an order of magnitude greater than the timescale of the radial drift of individual particles if there is no dust layer.

Об авторах

A. Makalkin

Schmidt Institute of Physics of the Earth

Автор, ответственный за переписку.
Email: makalkin@ifz.ru
Россия, Moscow

M. Artyushkova

Schmidt Institute of Physics of the Earth

Email: makalkin@ifz.ru
Россия, Moscow

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML

© Pleiades Publishing, Inc., 2017

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».