原行星盘中的磁旋转不稳定性：尘埃颗粒的影响

我们研究了当尘埃颗粒在整个盘厚度内与气体充分混合时，原行星盘中磁旋转不稳定性（MRI）的线性增长和垂直结构。所有颗粒具有相同的半径（$a = 0.1$、$1$ 或 $3$ 微米），并占气体总质量的 1%。针对最小质量太阳星云模型，我们在 $R = 5$ 和 $10$ AU 处获得了不同初始垂直磁场强度（$B$）、扩散率张量构型和颗粒尺寸的解。我们发现，当不存在颗粒或颗粒尺寸 $> 1$ 微米时，在这两个半径处，对于高达几高斯的 $B$，中平面仍保持磁耦合。相比之下，当存在小颗粒群（$a = 0.1$ 微米）时，盘在 $z/H < 2$ 范围内处于磁非活跃状态，且仅 $B < 50$ mG 能与流体耦合。在 5 AU 处，当 $B <$ 几 mG 时，无论颗粒群性质如何，欧姆扩散在 $z/H < 1$ 时占主导地位。相反，在 10 AU 处，本研究探讨的所有情景中该扩散项均不重要。对于 $z/H > 5$，双极扩散非常严重，阻止了磁场与气体在所有 $B$ 下的耦合。当存在尘埃颗粒时，霍尔扩散在这两个半径处的宽范围磁场强度下占主导地位。当存在尘埃颗粒时，特别是当颗粒较小（$a \sim 0.1$ 微米）时，MRI 不稳定模式存在的增长率、波数和磁场强度范围均急剧减小。我们得出结论，在原行星盘中，即使小尘埃颗粒与气体充分混合，磁场也能在广泛的流体条件下与气体和剪切耦合。尽管磁耦合较低，MRI 模式仍在大范围的磁场强度下增长，且霍尔扩散在很大程度上决定了盘内部区域扰动的特性（略）。