三维引力湍流表征：湍流特性与抗碎裂稳定性

我们利用高分辨率剪切盒模拟研究了三维引力湍流盘的特性。对于足够大的域尺寸，$L_y \gtrsim 60H$，盘会 settling 到准稳态，其性质无长期趋势且随盒尺寸无变化。对于较小的盒，我们发现主导螺旋模式的方位角波长受限于域尺寸。这与较大尺寸下准稳态动力学不同的突发行为相关。我们指出，在全局模拟中，当方位角波长范围受有限盘尺寸限制时，可能预期出现类似的转变。该条件（即 $60 H \sim 2 \pi R$，即 $H/R \sim 0.1$）正确预测了先前在盘星质量比超过 0.25 的全局模拟中发现的向突发行为的转变。我们重现了从二维到三维动力学的转变，其特征为小尺度上湍流变得更各向同性。该湍流可能在自引力盘中的尘埃演化中起重要作用，对斯托克斯数 $< 1$ 的粒子可能主导其碰撞速度。最后，我们考虑了引力湍流对抗碎裂的稳定性，发现冷却快于几个动力学时间的盘会立即碎裂，支持了先前结果。我们还发现 marginally 较长冷却时间下随机碎裂的线索，其中碎片从准平衡态形成。然而，这对通过引力不稳定性可能发生行星形成的区域几乎无实际影响。