[論文レビュー] The Role of Disk Winds in the Evolution and Dispersal of Protoplanetary Disks

Ilaria Pascucci, S. Cabrit+4 more|arXiv (Cornell University)|Mar 18, 2022

Astrophysics and Star Formation Studies被引用数 48

ひとこと要約

進化段階を超えるディスク風の観測とMHDおよびフォトエブアソベーティブ風理論を結びつけ、ディスク進化と惑星形成におけるその役割を評価する包括的なレビュー。

ABSTRACT

The assembly and architecture of planetary systems strongly depend on the physical processes governing the evolution and dispersal of protoplanetary disks. Since Protostars and Planets VI, new observations and theoretical insights favor disk winds as being one of those key processes. This chapter provides a comprehensive review of recent observations probing outflowing gas launched over a range of disk radii for a wide range of evolutionary stages, enabling an empirical understanding of how winds evolve. In parallel, we review theoretical advancements in both magnetohydrodynamic and photoevaporative disk wind models and identify predictions that can be confronted with observations. By linking theory and observations we critically assess the role of disk winds in the evolution and dispersal of protoplanetary disks. Finally, we explore the impact of disk winds on planet formation and evolution and highlight theoretical work, observations, and critical tests for future progress.

研究の動機と目的

• さまざまな円盤半径と進化段階で噴出するディスク風に関する最近の観測証拠を総合する。
• 磁気流体力学（MHD）風モデルとフォト蒸発風モデルが現在の観測とどの程度一致するかを批判的に評価する。
• ディスク風がディスクの消散・降着・惑星形成・進化に与える影響を評価する。
• 理論と観測の進展を促す重要な予測と検証法を特定する。

提案手法

• Class 0/I から Class II までの多波長風診断法を調査し、風の性質と進化をマッピングする。
• 観測所見をMHDディスク風モデルとフォト蒸発風モデルの予測と比較する。
• 分解観測および未解像観測から風の発射半径、速度、角運動量の制約を抽出する。
• 風の性質が降着率とディスク消散のタイムラインにどう関連するかを論じる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 進化段階を超えて観測されたディスク風の性質（速度、開角、回転）はどのようなものか。
• RQ2 MHDディスク風理論とフォト蒸発風理論は、観測される発射半径と質量損失率とどう整合するか。
• RQ3 降着を調節しディスク消散に影響を与えるディスク風の役割は何か、これが惑星形成にどう影響するか。
• RQ4 観測傾向は磁気駆動風と熱的駆動フォト蒸発風を区別できるか。
• RQ5 風関連予測を検証するために今後必要な観測と理論的発展は何か。

主な発見

• 風は10 au 以内から約100 auの半径で観測され、速い軸方向ジェットを取り囲む広角で遅い成分を示す。
• Class 0/IおよびClass IIで分解観測された風は回転する入れ子状の速度構造を示し、質量喪失率は一部の源で降着率と同程度またはそれを超えることがある。
• 光学/近赤外禁制線の未分解LVCsとHVCsは風の光度と降着率の強い相関を示し、BCとNC成分は異なるディスク半径を追跡する。
• ALMAや他の機関からの証拠は、塵の蒸発半径内で風が発射され、いくつかの系では数百auに達する風が広がることを支持する。
• 遅い風の質量フラックの推定はかなり大きく、ディスク質量予算や降着駆動の進化に影響を与える可能性がある。
• いくつかのよく研究された対象では、遅い流れの一部を周囲の物質が吹き寄せたものよりMHDディスク風として解釈する方が有利だが、議論は残る。