尘埃演化对原行星盘外区垂直剪切不稳定性的影响

垂直剪切不稳定性（VSI）是一种需要气体快速冷却的流体力学不稳定性，被认为在原行星盘外区起作用。VSI 驱动具有强烈垂直运动的湍流，可调节尘埃的生长与沉降。然而，尘埃生长与沉降也能调节 VSI，因为在对其自身热辐射光学薄的外盘区域，尘埃耗竭会使气体冷却效率降低。在本研究中，我们基于线性分析量化了尘埃演化对 VSI 这种潜在的稳定效应。我们构建了一个计算冷却时标的模型，考虑了微米以上尺寸的尘埃生长以及尺寸依赖的沉降。将该模型与线性稳定性分析结合，我们绘制了 VSI 起作用的区域（称之为 VSI 区），并估计了每个径向位置的最大增长率。我们发现尘埃生长以及沉降使 VSI 区更局限于中面附近。这导致增长率下降，因为作为不稳定性源的旋转速度的垂直剪切在较低高度处更弱。在我们质量为 0.01 太阳质量的默认盘模型中，尘埃从 10 微米生长到 1 毫米使增长率下降超过 10 倍。尘埃演化对 VSI 驱动湍流的抑制可能促进外区进一步的尘埃演化，并解释在 HL Tau 周围盘中观测到的高程度尘埃沉降。