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Millimeter gap contrast as a probe for turbulence level in protoplanetary disks

Science China(Physics,Mechanics & Astronomy) 2022年第12期65卷 131-144页

作者： Yao Liu Gesa H.-M.Bertrang Mario flock Giovanni P.Rosotti ewine f.van dishoeck Yann Boehler Stefano facchini Can Cui Sebastian Wolf Min fang Max-Planck-Institut für Extraterrestrische Physik Garching85748Germany Purple Mountain Observatory&Key Laboratory for Radio Astronomy Chinese Academy of SciencesNanjing210023China Max-Planck-Institut für Astronomie HeidelbergD-69117Germany Leiden Observatory Leiden UniversityLeidenNL-2300the Netherlands School of Physics and Astronomy University of LeicesterLeicesterLE17RHUK UniversitéGrenoble Alpes French National Centre for Scientific ResearchInstitute for Planetary Sciences and AstrophysicsGrenobleGrenobleF-38000France European Southern Observatory Garching85748Germany Department of Applied Mathematics and Theoretical Physics University of CambridgeCentre for Mathematical SciencesCambridgeCB3 OWAUK Institut für Theoretische Physik und Astrophysik Christian-Albrechts-Universität zu kielKiel24118Germany

Turbulent motions are believed to regulate angular momentum transport and influence dust evolution in protoplanetary disks.Measuring the strength of turbulence is challenging through gas line observations because of the requirement for high spatial and spectral resolution data,and an exquisite determination of the temperature.In this work,taking the well-known HD 163296 disk as an example,we investigated the contrast of gaps identified in high angular resolution continuum images as a probe for the level of turbulence.With self-consistent radiative transfer models,we simultaneously analyzed the radial brightness profiles along the disk major and minor axes,and the azimuthal brightness profiles of the B67 and B100 rings.By fitting all the gap contrasts measured from these profiles,we constrained the gas-to-dust scale height ratioΛto be 3.0^(+0.3)_(−0.8),1.2^(+0.1)_(−0.1),and≥6.5 for the D48,B67,and B100 regions,respectively.The varying gas-to-dust scale height ratios indicate that the degree of dust settling changes with radius.The inferred values forΛtranslate into a turbulence level of α_(turb)f dust surface density drops,the turbulence strength in the D86 gap region is not constrained.

关键词： protoplanetary disks radiative transfer planet formation

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