原行星盘中的极薄尘埃层：对垂直剪切不稳定性的限制

背景：阿塔卡马大型毫米波/亚毫米波阵列 (ALMA) 近期的观测表明，在毫米波长观测到的大尘埃团沉降到中平面，形成极薄的一层。目的：我们旨在查明这些层的几何薄度是否构成反对这些盘中运行垂直剪切不稳定性 (VSI) 的证据。方法：我们对具有局部等温状态方程的原行星盘进行流体动力学模拟，并让 VSI 充分发展。我们撒入尘埃粒子，并追踪其在被 VSI 搅动过程中的运动。我们确定了何种粒径的层在几何上变得足够薄以与 ALMA 观测一致。随后我们验证：以这些粒径，是否仍可能在毫米波长生成如观测似乎表明的中等光学厚层。结果：我们发现，即便斯托克斯数接近 1 的极大尘埃团也会被 VSI 搅动到中平面之上相对较大的高度，这与观测到的几何薄度相矛盾。对于斯托克斯数超过 1 的如此大颗粒，可使层保持薄，但我们表明用如此大的尘埃团很难在 ALMA 波长处使尘埃层光学厚（例如 tau(1.3mm)>=1）。结论：我们得出结论，具有几何薄中平面尘埃层的原行星盘不可能具有 VSI 不稳定性，至少在中平面以下不是。对 VSI 受抑制的解释包括负责盘辐射冷却的小尘埃颗粒的尘气比降低。小颗粒减少 10 至 100 倍即足以平息 VSI。这种减少在尘埃生长模型中是合理的，且与光学和红外波长的观测仍一致。