自引力吸积盘碎片化对小尺度结构的依赖性

我们提出了一个理解自引力吸积盘碎片化判据的框架，与强调此类吸积盘“引力湍流”性质的研究不同，该框架聚焦于其准规则螺旋结构的属性。在此框架内有两条演化路径导致碎片化：i) 在自由下落时间上的坍缩，要求冷却时间与动力学时间之比（$\beta$）$< 3$；ii) 在冷却时间上的准静态坍缩，其速率足够快，使得碎片足够致密以抵御盘中遇到螺旋特征时的破坏。我们进行了二维网格模拟，展示了在 $\beta < 3$ 时数值收敛的碎片化（与 Paardekooper 等人 (2011) 等良好吻合），并论证这是由于此类模拟在尺度 $H$（盘标高）上平滑了引力所致。因此这类模拟仅允许通过上述路径 i) 碎片化，因为它们抑制了尺度 $< H$ 上碎片的准静态收缩；碎片无法收缩到显著更小的尺度，从而使它们在下一次螺旋臂遭遇时易于被破坏。另一方面，三维模拟确实在更高 $\beta$ 下通过路径 ii) 显示出碎片化。我们基于碎片必须充分收缩以抵御螺旋臂破坏的要求，推导了当 $\beta \lesssim 12$ 时路径 ii) 碎片化的解析预测。我们还讨论了若要用基于网格和 SPH 的代码通过路径 ii) 模拟碎片化所必需的数值要求。