三维全局计算中原星体轨道迁移与质量吸积：嵌套网格方法

我们通过全局三维水动力学模拟研究不同质量原星体的演化。所考察的星体质量范围从1.5个地球质量到1个木星质量，并考虑了形成星体的物理合理引力势。为准确计算由盘材料施加的引力扭矩并研究星体上的吸积过程，流体动力学必须在长短尺度上得到充分分辨。通过采用嵌套网格细化技术实现了严格的分辨要求，从而大幅提升了局部分辨率。我们进行了共51次模拟，结果显示对于质量约为木星质量十分之一或更大的星体，迁移速率相对恒定，如预期般符合类型II迁移 regime，且与以往二维计算结果良好一致。在7-15个地球质量范围内，我们发现迁移速度对星体质量存在依赖，导致时间尺度显著长于线性解析理论所预测的。这一特性可能对星体的总体轨道演化具有重要意义。生长时间尺度在20个地球质量处取得最小值，但随着质量增大或减小时迁移速率迅速增加。二维与三维计算之间存在显著差异，尤其是对于质量小于10个地球质量的天体。我们还推导出对数值计算得到的质量生长速率的解析近似公式。