原行星盘中由湍流团簇效应调控的尘埃凝聚
地球与行星天体物理
2018-02-28 v1
摘要
尘埃颗粒的凝聚是星子形成的关键过程。然而，径向漂移与弹跳壁垒尚未完全解决，尤其是对于硅酸盐尘埃。由于尘埃颗粒的碰撞速度由原行星盘中的湍流所调控，应当妥善处理湍流团簇效应。为此，需要对纳维-斯托克斯方程进行直接数值模拟（DNS）。在一系列论文中，Pan & Padoan 使用了雷诺数 Re~1000 的 DNS。此处，我们进行了雷诺数高达 Re=16100 的 DNS，使我们能够追踪惯性范围内斯托克斯数 0.01<~St<~0.2 的颗粒运动。通过 DNS，我们确认粒子对的均方根相对速度比 Ormel & Cuzzi（2007）的结果小两倍以上。径向相对速度的分布高度非高斯。结果与 Pan & Padoan 或 Pan 等人在低雷诺数下的结果几乎一致。此外，我们发现等尺寸颗粒的黏附率远高于不同尺寸颗粒。即使在 alpha 黏滞系数为 10^{-2} 的强湍流情形下，对于 St<~0.01 的等尺寸颗粒，黏附率高达 >~50%，而弹跳概率低至约 10%。因此，湍流团簇效应对厘米级致密团聚体（卵石）的生长起着重要作用，并提高了固体丰度，这可能引发盘中的流不稳定性。
引用
@article{arxiv.1801.08805,
title = {Dust Coagulation Regulated by Turbulent Clustering in Protoplanetary Disks},
author = {Takashi Ishihara and Naoki Kobayashi and Kei Enohata and Masayuki Umemura and Kenji Shiraishi},
journal= {arXiv preprint arXiv:1801.08805},
year = {2018}
}
备注
19 pages, 17 figures, accepted for publication in ApJ