径向全局原行星盘中的对流超稳定性 II：对星子形成的影响

对流超稳定性（COS）是一种发生在具有不利径向熵梯度的原行星盘（PPD）区域的流体动力学不稳定性。它是湍流的潜在驱动因素，并可能影响星子形成。在本系列第二篇论文中，我们在径向全局 PPD 模拟中研究了 COS 对尘埃动力学的影响，重点关注包含尘埃垂直引力的盘中心面区域。轴对称 2D 模拟显示了对 COS 和垂向剪切流体不稳定性（Vertically Shearing Streaming Instability）的敏感性。对于 Stokes 数 tau = 0.1，仅在初始金属丰度极高（远超太阳金属丰度，Z 大于 0.05）时才会发生强烈的尘埃团簇。在 3D 非轴对称模拟中，COS 产生了具有高效聚集尘埃潜力的大尺度、长寿命涡旋，且尘埃聚集随 tau 增大而增强。对于 tau = 0.01，即使金属丰度高达 Z = 0.1 也没有发生强烈团簇，且涡旋保持稳定和长寿命。在 tau = 0.04 时，在太阳金属丰度（Z = 0.01）及更高金属丰度下观察到了强烈的尘埃团簇。对于 tau = 0.1，即使在远低于太阳金属丰度（Z 大于或等于 0.004）的情况下也会发生团簇，并在 Z 约为 0.01 至 0.03（包括太阳金属丰度）时达到峰值。在这些条件下，涡旋显著减弱且在空间上变得更加扩展。在更高金属丰度（Z 大于或等于 0.04）且 tau = 0.1 时，大尺度涡旋的形成被抑制，导致近乎轴对称的尘埃环，其仍可通过经典流体不稳定性（Streaming Instability）发生团簇。