原恒星坍缩：形成富尘埃原行星盘的条件

尘埃在恒星、星盘和行星的形成过程中起着关键作用。然而，在原恒星坍缩过程中其动力学仍是一个研究较少的领域。最近的研究似乎表明，在这些早期阶段尘埃可能会有效地与气体解耦。我们旨在了解在原恒星坍缩的早期阶段，尘埃颗粒在多大程度上以及在哪些区域发生聚集，并探究其如何依赖于初始云和固体颗粒的性质。我们使用基于网格的代码 RAMSES 的多物种尘埃动力学求解器进行了多次含尘坍缩模拟。我们进行了流体动力学和 MHD 模拟，其中改变了最大颗粒尺寸、热能与引力能之比以及云的磁场特性。我们模拟了十种中性尘埃颗粒物种的同步演化，颗粒尺寸从几纳米到零点几微米不等。对于典型尺寸为几十微米的颗粒，我们获得了气体与尘埃之间显著的解耦。这种解耦强烈依赖于热能与引力能之比、颗粒尺寸或是否包含磁场。借助基于我们的结果校准的半解析模型，我们表明尘埃比例主要随初始 Stokes 数呈指数变化，其变化速率取决于局部的云性质。我们发现，较大的颗粒倾向于在第一核和新形成的星盘中有效地沉降与漂移。这可以产生数倍于初始值的尘气比。尘埃在高密度区域聚集，在低密度区域耗尽。颗粒与气体解耦的尺寸取决于云的初始性质。由于在坍缩过程中尘埃不一定能作为气体的代理，我们强调在坍缩模拟中必须包含对其动力学的处理。