湍流盘中尘埃不对称性周围的气动力学

高分辨率的 ALMA 观测揭示了若干原行星盘中不对称的尘埃半圆形结构，暗示了与气动盘涡旋有关的高效尘埃捕获机制。尽管此类特征被关联至涡旋——无论是由巨型行星诱发的、由湍流引起的，或其他盘过程导致的——但其起源仍不明确。在本研究中，我们探讨了以垂直剪切不稳定 (VSI) 湍流主导的盘中，尘埃能否被由涡旋自我维持而形成的涡旋捕获。我们采用 PLUTO 代码进行三维流体动力学模拟，并引入三种尺寸的拉格朗日尘粒 (1 mm、500~$\mu$m、100~$\mu$m) 以分析气-尘动力学。我们的模拟结果显示，多个涡旋的形成，其中包括两个典型的大尺度、长期存活的涡旋，能够捕获尘埃颗粒。我们还发现，尘埃在涡旋内部的垂直扩散被抑制，这表明这些结构优先增强了径向和方位运动。最后，我们在不同波段下生成合成尘埃连续光图像和速度残差，以与 ALMA 观测进行比较。无论是合成尘埃图像还是速度残差中均未观察到明显的螺旋特征，与由行星触发的涡旋不同。在高盘倾角的投影效应下，尘埃不对称性可能被遮蔽，这暗示着比目前报告的更多的盘可能包含尘埃半圆形。