分子云中的尘埃凝聚与碎裂。I. 尘埃聚集体的碰撞如何改变尘埃粒径分布

在稠密分子云中,尘埃颗粒之间的碰撞会改变星际介质中的尘埃粒径分布。我们通过将两个碰撞尘埃聚集体的详细数值模拟结果插入到一个随时间计算尘埃粒径分布的凝聚模型中,来研究这一过程。所有碰撞结果——粘附、碎裂(破碎、断裂和侵蚀)——都被包含在内,并且聚集体内部结构的影响也被制成表格。该尘埃聚集体演化模型应用于一个均匀静态的云,其温度为10 K,气体密度在10^3至10^7 cm^-3之间。在约10^7年的时间尺度上对凝聚过程进行局域追踪。我们发现生长可分为两个阶段:生长主导阶段和碎裂主导阶段。初始时,质量分布相对较窄,并随时间向更大尺寸偏移。在某个取决于颗粒材料性质以及气体密度的临界点,碰撞速度将变得足够高以碎裂颗粒,从而阻止生长并补充较低质量的颗粒。最终达到一个稳态,其中质量分布的特征是每个对数尺寸区间内质量大致相等的质量谱。所达到的生长量取决于云的寿命。如果云在自由落体时间尺度上存在,则凝聚对尘埃粒径分布的影响非常微小。另一方面,如果云具有长期支撑机制,则凝聚的影响很重要,导致在超过大颗粒初始碰撞时间尺度的时间尺度上,不透明度显著降低。