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Abstract

Protoplanetary disks, consisting of gas and dust, are thought to be the birthplace of planets. Recent observations have revealed a multitude of substructures in the dust continuum and scattered light emission. It is unclear if these gaps, rings and asymmetries are signposts of embedded planets interacting with their surroundings, or if different physical mechanisms, such as hydrodynamic instabilities, interactions with magnetic fields and disk winds could be the origin. Observations indicate that the lifetime of protoplanetary disks is limited to several million years and it is debated whether accretion due to turbulent processes, planet-disk interaction or disk winds might be the driving factor of disk dispersal. In this work a suite of numerical (magneto-)hydrodynamical simulations of planet-disk interaction as well as photoevaporation and magnetically driven disk winds was carried out. We found that asymmetries observed in the dust continuum can indicate the presence of an embedded planet, containing several earth masses of dust. Furthermore, we found that dust can efficiently be entrained in both thermal and magnetic disk winds, being potentially observable and assisting the identification of the physics driving the wind. Extending the wind models to transition disks revealed accretion rates compatible with recent observations with a similar dependence on the disk mass.

Translation of abstract (German)

Es wird angenommen, dass protoplanetare Scheiben, bestehend aus Gas und Staub, Geburtsstätten von Planeten sind. Aktuelle Beobachtungen zeigen eine Vielfalt von Strukturen in der Staubkontinuumemission und im nahen infraroten Bere- ich. Es ist bislang unklar, ob diese Lücken, Ringe und Asymmetrien Zeichen von mit ihrer Umgebung interagierenden Planeten sind oder ob andere physikalische Vorgänge, wie hydrodynamische Instabilitäten, Wechselwirkung mit Magnetfeldern oder Scheibenwinde, dafür verantwortlich sind. Beobachtungen weisen darauf hin, dass protoplanetare Scheiben nur einige Millionen Jahre überdauern und es wird diskutiert, ob Akkretion durch Turbulenz, die Wechselwirkung von Planeten mit der Scheibe oder Winde der dominante Prozess der Auflösung der Scheiben sind. In dieser Arbeit wurden eine Reihe von numerischen (magneto-)hydrodynamischen Simulationen von Planeten-Scheiben Wechselwirkung, sowie auch Photoevapora- tion und magnetische Scheibenwinde durchgeführt. Wir konnten zeigen, dass die beobachteten Asymmetrien mehrere Erdmassen an Staub einfangen und die Exis- tenz eines in der Scheibe eingebetteten Planeten bedeuten können. Darüber hin- aus, deuten die Ergebnisse darauf hin, dass Staub effizient in sowohl thermischen als auch magnetisch getriebenen Winden transportiert werden kann und durch Beobachtungen der Staubemission zwischen diesen beiden Windtypen unterschieden werden könnte. Die Akkretionsraten der Simulationen von Scheiben mit einer in- neren, praktisch gasfreien Region decken sich mit den beobachteten Werten.