盘碎裂与第三族恒星的形成

我们对第三族恒星形成的理解仍处于初级阶段。它们在红移 $z=20-30$ 处质量为 $\rm 10^5-10^6 M_{\odot}$ 的暗物质迷你晕中形成。最近的高分辨率宇宙学模拟表明，原恒星盘作为引力坍缩的结果形成，并碎裂成多个团块。然而，尚不完全清楚这些团块是否能够存活以形成多颗恒星，因为模拟无法跟踪更长时间的盘演化。在本研究中，我们采用一个简单的解析模型来推导边际稳定稳态盘的性质。我们的结果表明，盘的稳定性取决于粘滞参数 $\alpha$ 的临界值。对于 $\alpha_{crit} = 1$，当吸积率 $\rm \leq 10^{-3} M_{\odot}/yr$ 时盘是稳定的，而在吸积率为 $\rm 10^{-2} M_{\odot}/yr$ 时，盘在半径约 $\rm \geq 100 AU$ 处变得不稳定。对于 $0.06 < \alpha_{crit} < 1$，盘在两种吸积率下都可能不稳定。迁移时间与开尔文 - 赫姆霍兹时间尺度的比较表明，团块预计在到达主序之前会向内迁移。此外，在存在大质量中心恒星的情况下，中心 1 AU 内的团块将被潮汐瓦解。我们还发现，来自中心恒星的紫外反馈无法破坏盘，只有当吸积率降至 $\rm 2 \times 10^{-4} M_{\odot}/yr$ 时，光致蒸发才变得重要。因此，中心恒星的质量可能达到 100 $\rm M_{\odot}$ 甚至更高。