自引力盘中的星子形成：粒子自引力和反作用效应

我们通过剪切盒近似下的二维模拟，研究了具有简单冷却律的自引力气体盘中的粒子动力学。众所周知，由于引力不稳定性，盘的气体组分中产生的结构会对尘埃粒子的演化产生显著影响。先前的结果表明，螺旋密度波可以高效地收集尘埃粒子，产生显著的局部粒子过密。这种聚集程度已被证明依赖于两个参数：尘埃粒子的大小和气体冷却速率。我们扩展了这些发现，包括尘埃粒子的自引力，以观察这些粒子过密如何演化。我们使用PENCIL代码在固定网格上求解气体的局部剪切盒方程，以及通过气动阻力与气体耦合的固体运动方程。我们发现，螺旋密度波波峰中粒子面密度的增强可以达到足够高的水平，使得盘的固体组分能够在自身引力下坍缩。这会在螺旋结构内产生许多引力束缚的粒子集合。束缚结构中的总质量似乎几乎与冷却时间无关，这表明通过自引力密度波捕获尘埃粒子形成星子可能在盘内更大的半径范围内成为可能，这比先前认为的范围更广。因此，恒星形成早期阶段由引力不稳定性产生的密度波可能为许多大型星子大小天体的快速形成提供了极好的场所。