受辐照原行星盘中引力不稳定性的非线性结局

利用局部三维辐射流体动力学模拟，我们在面密度 $\Sigma$ 与半径 $r$ 的参数空间中研究了受辐照原行星盘中引力不稳定性的非线性结局。从层流出发，首先增长的是轴对称自引力密度波。当 $\Sigma$ 更大或在外侧半径处冷却时间更短时，其自引力程度变得更大。密度波最终因非轴对称不稳定性而坍缩，在瞬态阶段后导致碎裂或引力湍流。两者之间的边界发现于 $r \sim 75$ AU 处，以及对应于初始图姆雷（Toomre）参数约为 $0.2$ 的 $\Sigma$ 处。前一边界对应于冷却时间变短、近似为 1 的半径。即便在边界半径附近建立了引力湍流，如此短的冷却时间也不可避免地使 $\Sigma$ 的涨落足够大以触发碎裂。另一方面，当 $\Sigma$ 超出后一边界（即初始图姆雷参数小于约 $0.2$）时，初始层流对自引力极不稳定，无论半径或等效的冷却时间如何，都会演化为碎裂。当束缚天体中心的质量聚集足够高、温度超过 H$_2$ 解离温度时，碎裂之后发生 runaway 坍缩。