原初恒星形成中大质量吸积盘的增长与早期盘碎裂

近期高分辨率模拟表明，在原初原恒星吸积小于一个太阳质量之前，其周围的吸积盘在吸积阶段易于碎裂。为理解为何引力不稳定性通常导致如此早的碎裂，我们发展了一个考虑吸积包层物质供给的一维（1D）非稳态吸积盘模型。我们还将模型结果与采用自适应网格加密代码的三维（3D）数值模拟进行比较。我们的模型显示，自引力盘（其Toomre $Q$ 参数近乎恒定于 $Q \sim 1$）随着盘被从包层下落的气体供给而逐渐扩张。我们进一步发现，恒星上的吸积率比盘上的质量供给率小一个数量级。这一差异使得在早期演化阶段盘比原恒星更重。大部分下落气体用于扩展自引力盘的外层，而非通过盘向内转移至恒星。我们发现类似的演化也出现在3D模拟中，在首次碎裂发生前盘的质量达到恒星的三倍。我们的1D盘模型很好地解释了模拟中观测到的盘与恒星质量比演化。我们认为如此大质量盘的形成导致了早期盘碎裂。