原恒星吸积盘的形成与演化 II：从三维模拟到零级/一级吸积盘的简单半解析模型

我们使用三维辐射非理想磁流体动力学（MHD）模拟，研究磁化前恒星核中年轻原恒星吸积盘的形成与演化。该模拟覆盖原恒星形成后的前 ${\sim}10~{\rm kyr}$，显示出一个大质量、弱磁化的吸积盘，其半径先增长后在 ${\sim}30~{\rm au}$ 处饱和。该盘引力不稳定，具有显著的大振幅螺旋臂。我们利用模拟结果并借助一系列物理论证，从多个方面构建了零级/一级原恒星吸积盘演化的预测性定量物理图像，包括：（i）盘内的角动量再分布，由引力不稳定自调节以使盘大部分处于临界不稳定状态；（ii）盘的热轮廓，可由辐射冷却与吸积加热之间的平衡很好地近似；（iii）盘内磁场强度与磁制动率，由非理想磁扩散调节。利用这些物理见解，我们建立了一个简单的一维半解析盘演化模型。我们表明，当该一维模型与计算代价低廉的周围伪盘演化模拟耦合时，可可靠地预测零级/一级阶段的盘演化。所预测的盘尺寸长期演化（在 ${\sim}30~{\rm au}$ 处饱和并最终收缩）与近期一项零级/一级吸积盘的观测巡天一致。这种盘演化的分层建模规避了用直接、数值收敛的模拟追踪零级/一级阶段盘演化的计算困难。