二维开普勒湍流中重粒子的团簇

原行星盘是围绕年轻恒星作开普勒转动的气态系统，已知处于湍流状态。其中包含一小部分尘埃，行星即由其形成。在行星增长的增量模型中，从卵石形成公里尺度天体（星子）是一个主要开放问题。粒子团簇是固体发生局部引力坍缩所必需的。为探讨此问题，我们研究了具有开普勒转动和剪切的湍流中惯性粒子的动力学。通过二维直接数值模拟，系统探究了两个物理参数：依赖于到恒星距离的转动速率，以及与粒子尺寸相关的粒子响应时间。发现剪切剧烈影响湍流流场特征，破坏气旋并有利于反气旋的存活。更快的开普勒转动增强了粒子团簇。对于中等尺寸，粒子集中于反气旋中。这些团簇以层级方式形成并随时间合并。对于其他参数值，固体集中于分形集合上，且随转动变得更加奇异。粒子的质量分布随后被发现为多分形的，在高阶处维数很小，这对于触发其引力坍缩而言颇为耐人寻味。此类结果有望用于精确刻画和更好理解星子形成。