过渡盘的结构及其与中心星性质之间的关系

Transition disks represent an intermediate stage between primordial disks and debris disks. Both theories and observations believe that planet formation is most probably ongoing in these evolved protoplanetary disks. Therefore, detailed investigation of the transition disk structure plays a key role in understanding the evolution of protoplanetary disks and the processes of planet formation. In this project, we will select a large sample of transition disks from the Chamaeleon II, Lupus, Perseus, Ophiuchus and Serpens star formation regions with same criteria, and conduct thorough modeling work of their observed spectral energy distributions (SEDs) under an identical assumption of the radiative transfer model. Based on the results of SED analysis, we will systematically study the properties of transition disks like the scale height, flaring index and the disk mass in a statistical way, and try to establish the relationship between the properties of the transition disks and those of the central stars. Meanwhile, we will classify the whole sample into the class of canonical transition disks and that of the homologously depleted disks, and try to find differences in the structure between these two disk categories. We will also study how the environments influence the disk evolution by comparing the structure of transition disks in the five different star formation regions examined in our project. Moreover, we will propose high resolution observations for some promising homologously depleted disks in our sample. These newly obtained data will help us to find evidences of initial processes of planet formation, such as dust growth and settling that probably present in this kind of transition disks.

过渡盘是演化状态处于原始盘和残骸盘之间的原行星盘。理论和观测都认为行星很可能在过渡盘阶段形成。因此，细致地研究过渡盘的结构对理解原行星盘的演化和行星形成过程非常重要。本项目将以统一的标准从Chamaeleon II、Lupus、Perseus，Ophiuchus和Serpens恒星形成区中挑选出一个基本无偏差的过渡盘样本，在统一的辐射转移模型假设下对能谱分布资料做细致模拟，系统地分析它们的性质（如盘的标高、张开程度，质量等关键参量）及其与中心星性质之间的关联。我们将基于能谱分析的结果把样本分为传统过渡盘和均匀消散的盘两类，全面比较这两类过渡盘的结构差别。我们还将通过比较各个恒星形成区中过渡盘的结构差异，研究不同恒星形成环境对原行星盘演化产生的影响。此外，我们将申请对样本中适合做后续观测的均匀消散的盘进行高分辨率观测，在这类过渡盘中寻找可能存在的行星形成初始活动的证据，如尘埃的生长和沉降。

原行星盘是环绕在年轻星天体周围的气体尘埃盘，是行星及行星系统的诞生场所。过渡盘是相对演化的原行星盘，其中很可能正在进行行星形成活动。因此系统地研究过渡盘的结构对理解原行星盘演化和行星形成过程有重要意义。本项目从Chamaeleon II, Lupus, Perseus, Ophiuchus，Serpens以及Orion这6个近邻恒星形成区中筛选了一个包含145个过渡盘的大样本，收集了多波段的观测数据。通过拟合光学波段的能谱分布资料，得到了中心星参量包括光度和质量。我们对每个源的多波段能谱分布资料做了细致的辐射转移模拟，得到了描述盘结构的关键参量，包含内半径，张开程度和标高。我们以盘的内半径Rin=20 Rsub为边界（Rsub是尘埃的蒸发半径），将样本划分为均匀消散的盘和传统的过渡盘两类。传统的过渡盘包含一个明显的中心空洞；而在均匀消散的盘中，尘埃从其蒸发半径开始就有分布，Rin值很小。我们全面比较了两类过渡盘的结构差别，结果表明传统过渡盘的张开程度总体上大于均匀消散的盘的值，而其它参量在两类过渡盘中没有系统差别。我们统计地分析了过渡盘的结构参量与中心星性质之间的关联，发现：盘中尘埃的总质量和盘的内半径之间相互关联，同时，盘的中心空洞大小和中心星的质量以及光度之间呈现明显的相关关系。..作为个案的细致研究，我们模拟了HL Tau盘的ALMA和VLA的高分辨率的观测数据，找到了大尺寸尘埃集中分布在内盘区域的证据，表明早期行星形成活动正在进行。利用ALMA望远镜，我们得到了MWC 480原行星盘的高分辨率连续谱图像，首次在该盘中观测到一对裂缝和尘埃环结构。基于细致的理论模拟分析，我们认为MWC 480盘中的裂缝很可能是由一颗质量约为2 Mj（Mj是木星质量） 的原行星与盘相互作用产生的。