自引力盘碎裂的两步引力级联过程

自引力盘被认为在天体物理学中扮演重要角色，尤其在恒星与行星形成过程中。在此背景下，受理想化冷却过程（其冷却时标 $\beta$ 以轨道时标为单位表示）作用的盘已被广泛研究。我们利用 Ramses 代码中实现的 Riemann 解算器与三维 Godunov 格式进行高分辨率模拟，补充了先前使用光滑粒子流体动力学（SPH）或二维网格代码的研究。我们观察到盘发生碎裂的 $\beta$ 临界值与大多数先前结果一致，且随分辨率并未良好收敛。通过研究柱密度涨落的概率密度函数（$\Sigma$-PDF），我们认为碎裂与未碎裂态之间不存在严格分界，而是随着冷却效率降低、碎片出现概率平稳递减的平滑过渡。我们发现 $\Sigma$-PDF 的高柱密度部分遵循简单幂律，其斜率与 $\beta$ 成正比，并基于冷却与引力应力加热之间的平衡给出了解释。我们的解释表明，更高效的冷却需要更多加热，意味着致密物质占比更大，在缺乏特征尺度的情况下导致更平缓的无标度幂律。我们提出引力级联分两步进行：首先通过角动量黏性传输触发的准静态平衡序列形成致密纤维状螺旋结构，其次沿这些纤维发生坍缩并最终形成束缚碎片。