原行星盘中的尘埃-尘埃碰撞充电与闪电

我们研究了原行星盘中尘埃-尘埃碰撞充电的作用。我们表明，如果存在尘埃增强和/或尘埃呈蓬松状，使得单位盘体积的尘埃表面积局部增加，那么尘埃-尘埃碰撞充电将成为决定尘埃和气体电荷状态的重要过程。我们使用通用图形处理器(GPGPU)和{\sc cuda}编程语言，求解了各种盘环境和尘埃数密度$\eta$下的电荷平衡方程。我们发现，随着尘埃数密度$\eta$的增加，电荷分布经历四个阶段。在其中某个阶段，由尘埃运动引起的静电场$E$按$E \propto \eta^4$增加。结果，宏观放电发生，例如在$\eta = 70$时（以最小质量太阳星云(MMSN)值为单位，考虑两组半径分别为$10^{-2}\unit{cm}$、$10^{2}\unit{cm}$的蓬松尘埃）。我们提出了一个模型，将盘中的电荷交换过程描述为电路。我们推导了闪电临界尘埃数密度的解析公式，作为尘埃参数的函数。我们估算了此类放电（“闪电”）的总能量、强度和事件发生率。我们讨论了通过天文低频(ALF)波、红外(IR)图像、紫外(UV)谱线和高能伽马射线观测原行星盘中闪电和精灵放电的可能性。我们还讨论了闪电对球粒加热、星子增长和盘磁旋转不稳定性的影响。