原行星星云中的尘埃生长与动力学：对不透明度、温度剖面与引力不稳定性的影响

尽管尘埃对原行星盘总质量贡献很小，但其通过控制恒星光的吸收影响盘的温度。随着颗粒从初始的类 ISM 尺寸分布生长，沉降使盘上层尘埃耗尽并降低光学深度，使内部冷却。本文研究尘埃颗粒碰撞生长及其动力学对盘的热与光学剖面的影响，并探讨由颗粒生长与沉降引起的冷却可能导致引力不稳定性的可能性。我们发展了带加权技术的蒙特卡洛尘埃碰撞模型，使颗粒通过黏附与碎裂以及垂直沉降和湍流混合发生碰撞演化。我们探索了两种盘模型：MMEN（最小质量系外行星星云）以及表面密度高于 MMEN 的“重”盘，并对恒定与空间变化湍流效率剖面 $\alpha(R,z)$ 均进行模拟。随后我们计算演化盘中平均波长依赖的不透明度，并进行辐射转移以计算温度剖面 $T(R,z)$。最后，我们在每类盘模型达到稳态尘埃尺寸分布后计算 Toomre Q 参数（衡量盘抗自引力稳定性的指标）。我们发现即使弱湍流也能使亚微米颗粒在盘上层保持搅动，影响其光学与热剖面，且中平面大颗粒的生长可使大质量盘在毫米波长处光学厚，难以计算内盘可用于行星形成的尘埃表面密度。此外，对于初始大质量盘，颗粒沉降与生长可使 Toomre Q 参数下降，驱动盘至 $Q < 1.4$ 并可能触发螺旋不稳定性。