原恒星吸积盘的形成与演化。I. 角动量收支、引力自调节与数值收敛

我们利用包含双极扩散和欧姆耗散的非理想磁流体力学(MHD)模拟,研究了一个磁化前恒星核中原恒星盘的形成与早期演化。在前恒星核动力学收缩后,双极扩散使磁场与以中性气体为主的介质脱耦,最终形成第一流体静力学核。该流体静力学核从下落物质中积累角动量,演化为旋转支撑的环;这一“第一流体静力学环”随后形成一颗吸积原恒星和一个旋转支撑的盘。该盘通过引力不稳定性向外扩展,在原恒星形成后约 3 kyr 时直径达到约 30 au。原恒星-盘系统的总质量与角动量主要由来自下落伪盘的气体吸积决定,由于磁制动,伪盘的比角动量较低;而通过外流和盘磁制动从原恒星-盘系统中移除的质量与角动量可忽略不计,部分原因是那里的磁场耦合很差。原恒星-盘系统内的角动量再分配主要由引力不稳定性促进;这使得即使在下落物质比角动量较低时也能形成相对较大的盘。我们认为,此类盘在生长过程中应始终保持临界不稳定(Toomre $Q\sim 1$-$2$),这一想法与近期对 0/I 类原恒星盘的观测估计大体一致。我们讨论了结果的数值收敛性,并表明恰当处理内边界条件对于以可接受的计算代价实现收敛至关重要。