自引力磁化原行星盘的整体模拟

在原行星盘的早期阶段，当其质量占恒星质量的显著比例时，由引力不稳定性（GI）产生的湍流应在盘的演化中起重要作用。同时，盘可能足够电离，使磁场在动力学中扮演一定角色。尽管通常被忽略，磁效应对 GI 的影响可能是关键的，并对若干过程产生后果：吸积效率、螺旋结构形成、碎裂以及固体动力学。本文中，我们报道了使用无网格有限质量（MFM）拉格朗日技术对自引力原行星盘的整体三维磁流体力学模拟。我们确认 GI 螺旋波触发了发电机，将初始磁场放大至接近热振幅（等离子体 beta < 10），比仅由磁旋转不稳定性产生的场大一数量级。我们还确定了发电机对引力湍流流的非线性反作用：饱和态明显更热，伴随更大的 Toomre 参数和更弱、更“絮状”的螺旋。但或许更重要的是发电机通过显著的 Maxwell 应力对吸积的促进；质量吸积相对于纯 GI 或纯 MRI 增强了数倍。我们的模拟使用理想 MHD，这无疑是原行星盘中的糟糕近似，因此未来研究应探索非理想 MHD 的全部范围。为此准备，我们展示少量欧姆运行，揭示发电机在非理想环境中若非更强则至少相当。本工作确认磁场是引力湍流年轻盘中潜在的关键成分，可能控制其演化，尤其通过其（潜在爆发式的）吸积增强。