原行星盘中尘埃生长的金属丰度依赖性

在行星形成的背景下，从微米级颗粒到千米级星子的生长是一个关键问题。由于尘埃生长速率取决于尘埃数量，在低金属丰度（即较少尘埃）的环境中实现基于尘埃生长的行星形成场景具有挑战性。我们研究了盘演化过程中的尘埃生长，特别关注其与金属丰度的关系。我们进行了二维薄盘流体动力学模拟，以追踪自形成以来300 kyr的盘演化。尘埃运动与气体运动分开求解，其分布因气体的曳力而改变。同时考虑了尘埃尺寸的增长，曳力的大小随尘埃尺寸而变化。我们采用了金属丰度分别为1.0、0.1和0.01 ${\rm Z}_{\odot}$（即尘气质量比分别为10$^{-2}$、10$^{-3}$和10$^{-4}$）的三个模型。在金属丰度 $\ge0.1$ ${\rm Z}_{\odot}$ 的盘中，尘埃半径达到厘米级，这与尘埃生长时标的估计一致。相反，对于0.01 ${\rm Z}_{\odot}$ 的金属丰度，最大尘埃尺寸仅为10$^{-2}$ cm，在整个盘尺度（$\sim$100 au）上几乎没有观察到生长。在金属丰度 $\ge0.1$ ${\rm Z}_{\odot}$ 时，生长后的尘埃与气体之间的解耦导致尘气质量比不均匀。然而，该比值偏离典型值对盘的引力不稳定性没有影响。在盘的最内部（$\sim$10-30 au）证实了尘埃环的形成。在尘气质量比增加且Stokes数达到 $\sim$0.1 的尘埃环中，是发生流不稳定性的适宜环境。我们推测，在这些尘埃环中通过流不稳定性发生了星子形成。