星光加热原行星盘中的气体与尘埃动力学

原行星盘电离态的理论模型表明，存在大面积低电离区以及气体与磁场弱耦合的区域。在此状态下，流体动力学不稳定性可能变得重要。本工作中，我们研究了一个典型金牛座T型（T Tauri）系统在垂直剪切不稳定性（VSI）影响下的气体与尘埃结构和动力学。我们使用覆盖全部$360^\circ$方位角的全局三维辐射流体动力学模拟，嵌入尺寸为0.1和1mm的粒子，演化400个轨道。恒星辐照加热包含0.1至10-$\mu$m尺寸尘埃的 opacity（不透明度）。饱和VSI湍流产生的应力与压强比率为$\alpha \simeq 10^{-4}$。$\alpha$值在恒星30~au范围内最低，此处热弛豫相对于轨道周期更慢，并接近VSI截止以下的速率。$\alpha$从20到30~au的上升导致近35~au处面密度下凹，引发罗斯比波不稳定性，并生成一个静止、长寿命的涡旋，径向跨度约4~au，方位角跨度40~au。我们的结果证实了先前发现：毫米尺寸颗粒被VSI强烈垂直混合。1mm颗粒的标高展宽比测定为0.037，远高于从HL~Tau系统毫米波观测得到的$H/r=0.007$。所测展宽比与非理想磁流体力学（MHD）模型更吻合。在我们的VSI湍流模型中，毫米颗粒径向向内漂移，许多被捕获并集中在涡旋内。湍流引起毫米颗粒约$\sim 12$~m/s的速度弥散，表明颗粒间碰撞可能导致碎裂。