自引力涡旋的形态与动力学稳定性：数值模拟
地球与行星天体物理
2022-10-19 v1
摘要
理论与数值研究表明，原行星盘中的大尺度涡旋可由多种流体力学不稳定性产生。一旦产生，此类涡旋可在大量自转周期内几乎不变地存活，并缓慢向恒星迁移。在外盘，自引力可能影响涡旋演化，必须纳入模型。我们使用RoSSBi3D代码进行了2D流体力学模拟。我们的计算概要限于假设理想气体非均熵非绝热流动的欧拉方程。从高斯涡旋模型出发进行了45次运行；在各种涡旋参数与Toomre参数取值下跟踪了涡旋在300个轨道内的演化。还运行了两次迄今涡旋研究中最高分辨率（HR）的模拟，以更好地刻画涡旋内部结构并与等温情形比较。我们发现自引力（SG）倾向于使注入的涡旋失稳，但紧致小尺度涡旋似乎比大尺度长形涡旋更稳健。涡旋存活关键取决于盘的Toomre参数值，但也可能取决于平衡时盘的温度。盘的自引力必须足够小以避免在连续分裂中被破坏，并推导出一个近似的涡旋“稳定性”判据。我们发现的自引力涡旋在数百个自转周期内持续存在，且类似于非自引力情形中获得的准稳态涡旋。若干自引力涡旋最终伴随一个具有马蹄运动的次级涡旋。这些涡旋在其核心达到新的转动平衡，倾向于在径向收缩并旋转更快。
引用
@article{arxiv.2207.04138,
title = {Morphology and dynamical stability of self-gravitating vortices: Numerical simulations},
author = {Steven Rendon Restrepo and Pierre Barge},
journal= {arXiv preprint arXiv:2207.04138},
year = {2022}
}