Кратко и по существу — роль магнитных полей в формировании и эволюции протозвёздных аккреционных дисков и их влияние на перенос углового момента и планетообразование.
1) Формирование диска при коллапсе:
- При гравитационном коллапсе магнитное поле передаёт угловой момент наружу через торсионные Альфвеновы волны (магнитный тормоз). Это снижает задаваемую скорость вращения и влияет на массу и радиус формирующегося диска.
- Критический параметр — скорость Альвена $v_A$: $v_A=\frac{B}{\sqrt{{\mu }_0\rho }}$. Если поле сильное, магнитный тормоз может существенно ограничить рост диска.
2) Основные магнитные механизмы переноса углового момента:
- Магниторотационная нестабильность (MRI). В диффузно ионизованной плазме MRI возбуждает турбулентность, дающую эффективную вязкость и радиальный перенос углового момента. Условно MRI работает, когда магнитное поле достаточно слабое и плазма проводящая; максимальная скорость роста порядка $\sim \Omega$ (частота вращения). Для устойчивости имеет значение отношение $v_A$ и скоростей диска и параметры диффузии.
- Магнитные дисковые ветры и джеты. Поля, прочерченные по вертикали/наклонно, могут запускать ламинарные ветры, которые уносят угловой момент вместе с массой. Ветры часто доминируют над турбулентной транспортировкой в слабо ионизированных участках.
- Магнитное торможение и магнитное перенапряжение (торк от $B_r{B}_{\varphi }$). Тормозящий момент на радиусе $r$ пропорционален компонентам поля: примерно $\tau \sim r^2{B}_r{B}_{\varphi }$.
3) Роль неидеальной МГД (важно для протопланетных дисков):
- Омическое рассеяние (Ohmic), амбиропальная диффузия (ambipolar diffusion) и Холл-эффект сильно модифицируют MRI и ветровые процессы. Для оценки используют числа:
- магнитное Рейнольдсово число $Rm=\frac{VL}{\eta }$,
- Элсассеровское число для омики $\Lambda =\frac{v_A^2}{\eta \Omega }$,
- амбиропальная параметризация $Am\sim \frac{\gamma {\rho }_i}{\Omega }$.
- В результате появляются «мертвые зоны» (низкая ионизация, MRI подавлен) и активные слои (поверхностная ионизация от рентгена/Космических лучей/радиации звезды), что даёт вертикальную структуру транспорта.
4) Влияние на эволюцию диска и аккрецию:
- Магнитные ветры могут задавать массовый расход и скорость аккреции без сильной турбулентности: аккреция контролируется параметрами поля и магнитного рычага (Alfvén радиус).
- Перераспределение магнитного потока (адвекция против диффузии поля) определяет долговременную структуру: сильное поле может формировать магнитно-доминированную корону, слабое — оставлять турбулентный диск.
5) Последствия для планетообразования:
- Пылевая динамика: магнитно-индуцированная турбулентность (или её отсутствие в «мертвых зонах») влияет на оседание пыли и образование планетезималей. Низкая турбулентность облегчает фрагментацию и развитие потоковой нестабильности (streaming instability), способствующей образованию крупных тел.
- Места концентрации: магнитные поля и связанные с ними давления/ветры могут создавать давления горбы и т.н. «мертвые зоны» и внутренние торги — локальные давления максимумов, где собирается пыль и образуются планеты.
- Магнитосферное отсечение внутреннего диска: сильное звездное поле может отщеплять диск на радиусе магнетосферной трапезы $r_m$, где магнитное давление равно динамическому: $\frac{B^2}{2{\mu }_0}\sim \rho v^2$. Это задаёт место «внутренней границы», влияет на образование горячих краткопериодных планет и миграцию.
- Миграция планет: магнитные поля меняют структуры плотности и давления в диске, модифицируя торки, ответственные за тип I/II миграцию; ветровая потеря массы и изменение поверхностной плотности меняют скорость и направление миграции.
- Влияние на газовую аккрецию и формирование атмосферы: магнитные ветры уменьшают газовую массу диска, сокращая доступный газ для формирования атмосфер планет.
6) Наблюдательные следы и ограничения:
- Джеты и молекулярные выбросы, поляризация субмиллиметрового излучения (ALMA/Else) указывают на организованные поля и ветры.
- Скорость аккреции и распределение поверхностной плотности согласуются с моделями, где важны магнитные ветры и неидеальная МГД.
Краткий вывод:
- Магнитные поля — ключевой фактор переноса углового момента (через MRI, ветры и магнитный тормоз), они формируют вертикальную и радиальную структуру диска, регулируют сроки аккреции и создают условия (мертвые зоны, концентрации пыли), критичные для образования планет и их последующей миграции. Точные эффекты зависят от интенсивности поля, степени ионизации и баланса адвекции/диффузии магнитного потока.