原行星盘中尘埃层的诱导湍流与密度结构

我们基于气体阻力导致的尘埃吸积能量学，研究了原行星盘尘埃层中诱导产生的湍流。利用层流盘中尘埃粒子的径向漂移速度，我们估算了由尘埃吸积提供的能量所对应的湍流强度。我们的湍流强度估算值与先前关于由开尔文 - 亥姆霍兹不稳定性和/或流动不稳定性诱导湍流的解析及数值研究结果一致，适用于停止时间小于开普勒时间的粒子。对于此类小粒子，预计最强的湍流发生在盘的尘埃 - 气体比约为 $C_{\text{eff}}^{1/2} (h_g / r) \sim 10^{-2}$ 时，其中 $C_{\text{eff}} \sim 0.2$ 代表向湍流供能的效率，$h_g / r \sim 5 \times 10^{-2}$ 为气体盘的纵横比。最大粘度参数为 $\alpha_{\text{max}} \sim C_{\text{eff}} T_s (h_g / r)^2 \sim 10^{-4} T_s$，其中 $T_s (<1)$ 为尘埃粒子的无量纲停止时间。任何过程导致的尘埃 - 气体比偏离标准值 $10^{-2}$，都会导致湍流减弱和尘埃层变薄，从而可能加速尘埃粒子的生长过程。