未分层多分散尘埃沉降不稳定性的非线性演化

背景。尘埃沉降不稳定性(DSI)是共振拖曳不稳定性(RDI)家族的一员,因此与流不稳定性(SI)相关。线性计算发现,即使在较低的初始尘埃-气体比例下,未分层单分散DSI的增长率也远高于SI。然而,最近的一项非线性研究未发现饱和阶段存在强尘埃团块的证据。目标。研究单分散和多分散DSI的非线性饱和行为。我们考察了数值分辨率和尘埃种类数两方面的收敛行为。通过刻画由DSI触发的尘埃演化形态,我们可以进一步揭示其在星子形成中的作用。方法。我们使用Idefix代码进行了一系列二维剪切盒流体动力学模拟,涵盖单分散和多分散情形。我们重点关注最大尘埃密度的时间演化,记录不稳定性触发的时间,并分析所生成结构的形态。结果。在我们的单分散模拟中,最大尘埃密度随空间分辨率提高而增大,不稳定性也更早达到饱和,且未显示出收敛迹象。多分散模拟确实随尘埃种类数收敛,并产生与单分散模拟相当(尽管略低)的最大尘埃密度。不同尘埃种类倾向于形成相邻但分离的尘埃丝状结构,这可能对尘埃生长和进一步团块化具有影响。结论。单分散DSI产生的尘埃结构密度足够高,很可能导致团块化。多分散DSI产生的尘埃密度较低但与之相当。我们的理想化处理表明,DSI对星子形成具有重要意义,因为在引入尘埃尺寸分布后,DSI所受的影响小于SI。