早期原行星盘中螺旋结构的形成

类II原行星盘特征为众多非轴对称次结构，如螺旋，其形成机制仍高度争议。顺便提一下，早期巨型盘面临引力不稳定性，导致其坍缩成更密集的次结构。然而，对于大多数不稳定性而言，实际系统通常仅处于临界稳定状态，此处的Toomre参数Q≳1。我们研究气体自引力如何触发螺旋结构的生长。我们特别关注被认为是稳定的盘，即相对于引力不稳定性（Q>1）为稳定的盘，这些盘仍然对类似螺旋的非轴对称扰动不稳定。经过线性稳定性分析后，我们使用GPU加速代码idefix对自引力盘进行高分辨率二维流体模拟。我们探索不同的初始密度和Toomre稳定盘的热力学模型。初始瞬时生长的螺旋波与线性理论一致，只要考虑放大的时间依赖性。随后，螺旋迅速在非线性水平放大，增长率约为10个轨道时间尺度。之后，螺旋的大尺度模式放大至线性理论预测的1000倍。在后期，低密度盘接近弱的引力湍流态（α≈10⁻³），而密度更高的盘则发生螺旋臂的崩溃。所有盘都表现出占主导地位的大尺度螺旋。