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尘埃凝聚调和原行星盘观测与垂直剪切不稳定性之间的矛盾:I. 尘埃凝聚与VSI死区

地球与行星天体物理 2023-12-18 v2

摘要

原行星盘表现出角动量的垂直梯度,使其易受垂直剪切不稳定性(VSI)影响。该机制启动的最重要条件是热弛豫时标较短(0.1\lesssim 0.1 轨道时标)。完全VSI活跃盘的模拟以湍流的、垂直延展的尘埃层为特征。这与近期对某些原行星盘外区的观测相矛盾,后者显得高度沉降。在本工作中,我们证明尘埃凝聚过程能够降低外盘气体的冷却率并消除VSI活动。我们的结果表明,湍流强度尤其易受颗粒破碎速度变化的影响。约 100cms1\approx 100 \mathrm{\, cm \,s^{-1}} 的较小破碎速度导致完全湍流的模拟,而 400cms1\approx 400 \mathrm{\, cm \,s^{-1}} 的值导致层流的外盘,与观测一致。我们表明VSI湍流在内盘区域受最大颗粒尺寸变化的影响相对较小。然而,我们发现尘埃凝聚能在距中心恒星较远处显著抑制VSI湍流的发生。

关键词

引用

@article{arxiv.2310.07332,
  title  = {Dust Coagulation Reconciles Protoplanetary Disk Observations with the Vertical Shear Instability. I. Dust Coagulation and the VSI Dead Zone},
  author = {Thomas Pfeil and Til Birnstiel and Hubert Klahr},
  journal= {arXiv preprint arXiv:2310.07332},
  year   = {2023}
}

备注

27 pages, 15 figures, published in The Astrophysical Journal