含尘埃组分的引力粘性原行星盘 II：团块盘中尘埃的空间分布与生长

我们利用 FEOSAD 代码，以亚天文单位分辨率对发生剧烈引力不稳定与碎裂的团块状原行星盘中尘埃的空间分布与生长进行了数值研究。描述自引力与粘性原行星盘在薄盘极限下演化的流体力学方程被修改以包含由两部分组成的尘埃组分：亚微米级尘埃和具有可变最大半径的生长尘埃。同时还考虑了小尘埃向生长尘埃的转化、尘埃生长、尘埃与气体的摩擦以及尘埃自引力。我们发现，盘的外观具有显著的时变性，旋臂、尘埃环和团块不断形成、演化和衰减。因此，在整个盘范围内，总尘埃与气体质量比高度非均匀，显示出相对于典型 1:100 比值的数量级局部偏差。通过引力碎裂形成的引力束缚团块，其速度模式显著偏离开普勒旋转。在团块内部，小尘埃被高效地转化为生长尘埃，达到数分米的最大半径。同时，生长尘埃向团块中心漂移，形成一个质量巨大的致密中心凝聚体（70-100 $M_\oplus$）。我们认为，原行星可能在向内迁移的团块内部形成，随后才在潮汐扭矩的作用下消散。我们预见原行星在数十天文单位的轨道距离上形成，其原行星种子中气体和尘埃的初始质量分别在 (0.25-1.6) $M_{\rm Jup}$ 和 (1.0-5.5) $M_\oplus$ 范围内。然而，由于从周围大质量富金属盘/包层的吸积，原行星中气体和尘埃的最终质量可能要高得多。