原行星盘中平面中固体的动力学：对星子形成的启示
地球与行星天体物理
2015-05-19 v2
摘要
（删节版）我们使用Athena代码展示了原行星盘（PPD）中平面中粒子与气体的局部二维和三维混合数值模拟。粒子通过气动方式与气体耦合，并包含了粒子对气体的反馈。作为对PPD死区的近似，忽略了磁旋转湍流，并且我们忽略了粒子自引力以研究星子形成的前身。我们的模拟包括广泛的粒子大小分布，范围从强耦合粒子（无量纲停止时间tau_s=Omega t_stop=1e-4）到边缘耦合粒子（tau_s=1，其中Omega是轨道频率，t_stop是粒子摩擦时间），以及广泛的固体丰度。我们的主要结果是：1. tau_s>=0.01的粒子积极参与流动不稳定性，产生湍流，并在开尔文-亥姆霍兹不稳定性被触发前维持粒子层的高度。2. 当固体中很大一部分是大粒子（tau_s>=0.01）且高度积分的固体与气体质量比Z超过太阳值时，作为流动不稳定性结果的强粒子团块发生。3. 相对于传统的Nakagawa-Sekiya-Hayashi（NSH）模型，径向漂移速度减小，尤其是在高Z时。我们推导了适用于多种粒子种类的广义NSH平衡解，该解与我们的结果非常吻合。4. tau_s>=0.01的粒子之间的碰撞速度由差分径向漂移主导，并且在较大Z时显著减小。5. 存在两个关于局部盘固体丰度富集和颗粒生长的正反馈回路。所有这些效应都促进了星子形成。
引用
@article{arxiv.1005.4982,
title = {Dynamics of Solids in the Midplane of Protoplanetary Disks: Implications for Planetesimal Formation},
author = {Xue-Ning Bai and James M. Stone},
journal= {arXiv preprint arXiv:1005.4982},
year = {2015}
}
备注
25 pages (emulate apj), accepted to ApJ