原行星盘中尘埃生长的静电势垒. I. 粒径分布的演化分类
地球与行星天体物理
2015-05-20 v2 太阳与恒星天体物理
摘要
亚微米级尘埃颗粒碰撞生长为宏观聚集体是原行星盘中行星形成的第一步。在弱电离盘中，这些颗粒预计带有非零负电荷，但其对碰撞生长的影响至今尚未完全理解。本文通过充分考虑弱电离气体中的荷电机制以及低能碰撞中的孔隙率演化，研究了荷电如何影响尘埃粒径分布的演化。为阐明粒径分布的作用，我们将分析分为两步。首先，我们假设单分散（即窄）粒径分布，分析带电聚集体的碰撞生长。我们表明，当满足特定条件时，单分散生长会因静电排斥而停滞，这与先前工作的预期一致。其次，我们使用斯莫卢霍夫斯基方法数值模拟尘埃凝聚，以观察当粒径分布允许自由演化时结果如何变化。我们发现，在某些条件下，尘埃会发生双峰生长，其中仅有限数量的聚集体继续生长，并承载系统中尘埃质量的主要部分。这是因为剩余的小聚集体有效扫除了自由电子，阻止了较大聚集体被强烈荷电。我们获得了一组简单判据，可预测给定条件下粒径分布的演化方式。在论文II（arXiv:1009.3101）中，我们将这些判据应用于原行星盘中的尘埃生长。
引用
@article{arxiv.1009.3199,
title = {Electrostatic Barrier against Dust Growth in Protoplanetary Disks. I. Classifying the Evolution of Size Distribution},
author = {Satoshi Okuzumi and Hidekazu Tanaka and Taku Takeuchi and Masa-aki Sakagami},
journal= {arXiv preprint arXiv:1009.3199},
year = {2015}
}
备注
20 pages, 22 figures, accepted for publication in ApJ