三维自引力盘中的粒子动力学 II：强气体吸积与薄尘埃盘

观测表明原行星盘对中心年轻恒星具有中等吸积率，尤其在早期阶段（如 HL Tau），指示中等盘湍流。然而，近期 ALMA 观测表明尘埃高度沉降，意味着弱湍流。受此矛盾的启发，我们开展自引力盘的三维分层局部模拟，聚焦于活动吸积盘中尘埃粒子的沉降。我们发现引力不稳定盘可具有中等偏高吸积率，同时保持相对薄的尘埃盘，原因有二。首先，来自自引力旋臂的吸积应力（自引力应力）可比来自湍流的应力（雷诺应力）强 5-20 倍。其次，气体对尘埃的强引力使尘埃标高再降低约 $\sim 2$ 倍。此外，湍流略呈各向异性，产生比垂直尘埃扩散系数更大的雷诺应力。因此，若以总吸积应力按垂直扩散系数缩放，引力湍流盘具有异常高的垂直 Schmidt 数（$Sc_z$）（例如 $Sc_z\sim$ 10-100）。气体引力对尘埃标高的降低，在引力稳定盘（$Q>$1）中同样起作用。粒子间引力对中等尺寸尘埃的聚集更为相关，形成致密尘埃云。与 HL Tau 观测比较后，我们的结果表明自引力及盘不同组分间引力可能对解决原行星盘吸积与尘埃沉降之间的冲突至关重要，至少在早期阶段如此。