含尘埃组分的引力-黏性原行星盘 IV：盘外缘、谱指数与不透明度间隙

行星形成的关键初始步骤是将微米级尘埃聚集成宏观团聚体。这一阶段很可能发生在原恒星盘形成的最早期，其特征是活跃的气体动力学。我们展示了原恒星/原行星盘长期演化的数值模拟，其中包含薄盘极限下具自引力的气体动力学，以及由凝聚、破碎和穿过气体的漂移引起的双分散尘埃颗粒演化。我们表明，尘埃毫米波发射中颗粒尺寸向盘外围减小导致了尖锐的外缘，这可由尘埃不透明度系数的下降而非尘埃表面密度变化来解释。这些可见外缘位于平均颗粒尺寸 $\approx \lambda/2\pi$ 处，其中 $\lambda$ 为观测波长，因此若尘埃尺寸向外减小，盘在较长波长下通常看起来更紧凑。这允许用一个简单方法重建盘外区的颗粒尺寸。若对某些波长颗粒尺寸未达到 $\lambda/2\pi$，盘在较长波长下可能看起来更大。盘可见尺寸在最初一百万年内非单调演化，并与尘埃和气体的物理尺寸相差数倍。我们将我们的模型与近期 Lupus 中原行星盘的气体和尘埃盘尺寸、远红外通量及谱指数的观测数据进行比较。我们还表明，颗粒尺寸在径向方向上的非单调变化可引起波长依赖的不透明度间隙，其与尘埃密度分布中的任何物理间隙均无关。