原行星盘形成与引力演化的半解析描述

我们研究了无磁分子云中自引力原行星盘的形成过程。角动量在大质量盘的早期形成过程中通过引力力矩的作用重新分布。我们开发了一个简化的一维吸积盘模型，该模型考虑了气体从包层落入盘内以及通过有效粘滞力在盘内进行的角动量转移。首先，通过近似估计作用于云核的气体压力和引力效应，评估了气体从云核吸积到盘上的速率。我们将有效粘滞力表述为 Toomre Q 参数的函数，该参数衡量旋转薄盘的局部引力稳定性。我们使用了一个在盘处于引力不稳定时对 Q 值变化敏感的粘滞力函数。我们发现盘演化中存在一种强烈的自调节机制。在原行星盘的形成阶段，面密度的演化不依赖于有效粘滞力建模的其他细节，例如粘滞系数的预因子。接下来，为了验证我们的模型，我们将利用该公式计算出的盘的时间演化与三维流体动力学模拟的结果进行了比较。一维吸积盘模型得到的最终盘结构与三维模拟的结果吻合良好。我们的模型是进一步模拟原行星盘中化学过程、辐射转移和行星形成的有用工具。