尘埃对开尔文 - 赫姆霍兹不稳定性的影响

尘埃广泛存在于各类天体物理流体中，从超大质量黑洞周围的环面到分子云、原行星盘以及彗星外流。在许多此类流体中，剪切流的存在导致了开尔文 - 赫姆霍兹不稳定性（KHI）的形成，并通过尘埃的混合和结团等过程改变了流体的性质和结构。我们研究了尘埃如何改变二维和三维 KHI 的增长率，以及它如何重新分布和使尘埃结团。我们探究了三维 KHI 中形成的结构与分子云观测中所见结构之间是否存在相似性。为此，我们进行了数值流体动力学尘埃 + 气体模拟，除气体外还包含多种尘埃流体。每种尘埃流体代表粒子尺寸分布的一部分。我们研究了 0.01 至 1 之间的尘埃 - 气体质量密度比如何改变 KHI 线性阶段的增长率。我们在广泛的扰动波长范围内进行此项研究，并将这些值与纯气体的解析增长率进行比较。由于高密度尘埃结构的形成在许多天体物理环境中备受关注，我们将模拟按与分子云中数值相似的物理量进行了缩放。不同晶粒尺寸的动力学表现出显著差异。我们证明，高尘埃 - 气体比显著降低了 KHI 的增长率，尤其是对于短波长。我们比较了二维和三维模拟中的动力学，后者在非线性阶段表现出额外的完全三维不稳定性，导致尘埃密度增加。我们将三维模拟中由 KHI 形成的结构与分子云中的结构进行了比较，发现模拟的柱密度分布与分子云观测中有时见到的具有幂律尾部的对数正态分布具有相似性。