星体与盘形成过程中尘埃凝聚、动力学阻力与湍流混合的建模

行星形成于年轻恒星盘的盘面上，涉及从亚微米级尘埃颗粒凝聚为更大颗粒的过程，这些颗粒可能被湍流混合并通过盘面迁移。本文描述了我们如何将一种用于模拟尘埃颗粒群体凝聚的方法，与用于模拟受强气体阻力作用下尘埃颗粒动力学演化的 MULTIGRAIN 算法相结合。我们使用一种新近发展的隐式积分方法求解因气体阻力导致的尘埃颗粒动力学演化，并引入一种新型隐式方法来模拟尘埃因无法解析的湍动力学扩散所致的扩散。最终得到的平滑粒子水动力学（SPH）代码，使我们首次能够在恒星形成的早期阶段以及形成、成长和演化幼年原行星盘的过程中，使用三维水动力学模拟来模拟尘埃颗粒群体的增长、混合与迁移。通过这种方式，我们发现，在盘面内包含湍流尘埃扩散可显著提升尘埃颗粒增长速率，因为湍流扩散为最大尘埃颗粒正在生长的区域提供了小型和中等尺寸尘埃颗粒的来源。