尘埃在分子云形成中的动力学作用

尘埃是星际介质中通常的少量组分。由于其质量分数很小（$f \simeq 0.01$），人们通常假定其在弥漫气体收缩形成分子云过程中的动力学作用可忽略不计。然而，如本研究所示，尘埃颗粒相对于气体的集体运动可能在尺度 $\lambda \lesssim \lambda_J$（其中 $\lambda_J$ 为 Jeans 尺度）上显著促进介质的不稳定化。均匀自引力气体在静止状态下的线性扰动在 $\lambda \simeq \lambda_J$ 处处于边际稳定，但一旦考虑颗粒的漂移，它们便开始以约等于 $(f \tau)^{1/3} t^{-1}_{ff}$ 的速率增长，其中 $\tau$ 为以云的自由落体时间 $t_{ff}$ 为单位的颗粒停止时间。这种增长率对 $f$ 的弱依赖性的物理机制，是自引力气体中重声波被停止，与由尘埃分数扰动引起的弱引力吸引发生共振。一旦存在定常亚声速体漂移的尘埃，在 $\lambda < \lambda_J$ 处增长的气体-尘埃扰动便成为以漂移速度在波矢上的投影传播的波。它们的增长同样具有共振性质，且增长率远大于最近发现的在无自引力情况下气体-尘埃混合物的共振不稳定性。这些新不稳定性可促进冷星际气体向云团的引力收缩，并在分子云形成与演化的不同阶段额外产生亚 Jeans 尺度的尘埃域。