采用改进三维辐射流体力学研究引力不稳定原行星盘中的质量与角动量输运

在原行星盘演化的早期阶段，引力不稳定性可产生显著的质量输运，剧烈改变盘结构，混合并激波处理气体与固体，并可能在行星形成中发挥关键作用。我们呈现了一项基于三维网格的辐射流体力学研究，采用不同分辨率模拟一颗 0.5 M$_\odot$ 恒星周围 0.07 M$_\odot$ 的盘，该盘在其大部分径向范围内沉降至准稳态渐近状态，维持由引力不稳定性（GI）产生的加热与受真实尘埃不透明度支配的辐射冷却之间的近似平衡。我们评估了盘稳定性判据、热力学性质、GI 强度、GI 产生的密度波与力矩特征、由这些力矩引起的径向质量输运，以及输运可表示为局域或非局域过程的程度。物理与热过程在盘的内区光学厚与外区光学薄区域间呈现显著差异。在内区，引力力矩由方位角质量分布的低阶傅里叶分量主导。这些力矩在局域动力学时标上强烈变化，并受制于可能由反复摆动放大驱动的快速耀发。在外区，m=1 力矩占主导。在 8 至 14 au 之间的内边缘附近发展出呈现强非圆周运动的环状结构及涡旋。我们发现，GI 诱发的螺旋模式在盘的低 Q 区域整体以混沌方式爆发，众多螺旋模式出现又消失，产生引力湍流，但以涨落的大尺度模式为主，与简单的 $\alpha$ 盘截然不同。