John M. Carpenter, Tilman Birnstiel, Andrea Isella, Jane Huang, Clément Baruteau, Shangjia Zhang, Laura M. Pérez, Myriam Benisty, Viviana V. Guzmán, Xue-Ning Bai, Cornelis P. Dullemond, Luca Ricci, Zhaohuan Zhu, Sean M. Andrews, David J. Wilner, Joint ALMA Observatory (JAO), National Radio Astronomy Observatory (NRAO)-European Southern Observatory (ESO), Molecular Genetics Unit, Instituto de Salud Carlos III (ISC)-Carretera Pozuelo - Callejero de Majadahonda- Instituto de Investigación en Enfermedades Raras (IIER), Institut de Planétologie et d'Astrophysique de Grenoble (IPAG), Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire des Sciences de l'Univers de Grenoble (OSUG), Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Astrophysique Interprétation Modélisation (AIM (UMR_7158 / UMR_E_9005 / UM_112)), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7), European Southern Observatory (ESO)-National Radio Astronomy Observatory (NRAO), Instituto de Salud Carlos III [Madrid] (ISC)-Carretera Pozuelo - Callejero de Majadahonda- Instituto de Investigación en Enfermedades Raras (IIER), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Observatoire des Sciences de l'Univers de Grenoble (OSUG ), Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019]), Astrophysique Interprétation Modélisation (AIM (UMR7158 / UMR_E_9005 / UM_112)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), and ANR-16-CE31-0013,PLANET-FORMING-DISKS,De meilleurs modèles pour de meilleures données(2016)
The Disk Substructures at High Angular Resolution Project (DSHARP) provides a large sample of protoplanetary disks having substructures which could be induced by young forming planets. To explore the properties of planets that may be responsible for these substructures, we systematically carry out a grid of 2-D hydrodynamical simulations including both gas and dust components. We present the resulting gas structures, including the relationship between the planet mass and 1) the gaseous gap depth/width, and 2) the sub/super-Keplerian motion across the gap. We then compute dust continuum intensity maps at the frequency of the DSHARP observations. We provide the relationship between the planet mass and 1) the depth/width of the gaps at millimeter intensity maps, 2) the gap edge ellipticity and asymmetry, and 3) the position of secondary gaps induced by the planet. With these relationships, we lay out the procedure to constrain the planet mass using gap properties, and study the potential planets in the DSHARP disks. We highlight the excellent agreement between observations and simulations for AS 209 and the detectability of the young Solar System analog. Finally, under the assumption that the detected gaps are induced by young planets, we characterize the young planet population in the planet mass-semimajor axis diagram. We find that the occurrence rate for $>$ 5 $M_J$ planets beyond 5-10 au is consistent with direct imaging constraints. Disk substructures allow us probe a wide-orbit planet population (Neptune to Jupiter mass planets beyond 10 au) that is not accessible to other planet searching techniques., 36 pages, 22 figures, ApJ Letters, in press