盘中尘埃动力学与晚期星体形成

流动不稳定性是原行星盘中星体形成的主导模型，但通常仅在前约1百万年内运作。然而在太阳系中，一些星体（如铁石星体母体）形成于盘形成后2-4百万年后，表明尘埃需在更长时间内保持。压力波可有效捕获尘埃，但捕获本身不足以保证星体形成：即使是适度的气体湍流也会抑制垂直沉降和径向浓度，导致尘埃密度无法达到 Hill 密度。这促使我们研究替代性的尘埃-气体不稳定性，如 Dusty Rossby Wave Instability（DRWI）。我们使用多流体代码 fargOCA 对其在全球盘模拟中的可行性进行了研究。我们首先在全球二维粘性盘中复现了以前的二维剪切盒结果，并对 DRWI 产生的尘埃团块进行特征化。我们发现，在完全三维粘性盘中，由尘埃在中平面附近沉降导致的未被扰动的高 z 区域气体层会抑制该不稳定性。我们然后探索无粘性极限，发现多个尘埃亚环形结构形成，将固体浓缩到薄环结构中。这些结构在观察上表现为单个径向较宽、垂直较薄的环，解释了观察到的原行星盘环结构，无需假设各向异性湍流。亚环中的尘埃浓度可能仍低于引力坍缩阈值，但气体光蒸发增强了尘埃的沉降和径向浓缩，最终在粘性和无粘性情况下形成致密的尘埃团块。我们得出结论，在极低粘性度的盘中，在光蒸发足够去除气体后，尘埃捕获压力波中的星体形成更为有利。这与太阳系铁石星体母体晚期形成的推论相一致。