原行星盘中的自组织：全局非分层 Hall-MHD 模拟

最近的观测揭示了原行星盘中的有组织的结构，例如轴对称环或让人联想到大规模涡流的马蹄形集中区。这些结构通常被解释为行星-盘相互作用的结果。然而，这些盘也已知对磁旋转不稳定性（MRI）不稳定，该不稳定性被认为是这些天体中主要的角动量输运机制之一。因此很自然地要问，MRI 本身是否能在不借助行星的情况下产生这些结构。MRI 的非线性演化受到原行星盘中低电离分数的强烈影响。特别是霍尔效应（Hall effect），在这些天体致密且弱电离的部分占主导地位，已被证明能在剪切盒模拟中自发驱动自组织流。在此，我们研究了以霍尔效应为主导的全局 MRI 不稳定盘模型的行为，并刻画了它们的动力学。我们对开普勒盘进行了三维非分层 Hall-MHD 模拟，涵盖了广泛的霍尔、欧姆和双极 Elsasser 数。我们确认了随着霍尔效应强度增加从湍流态到有组织态的转变。我们观察到带状流的形成，其数量取决于可用的磁通量以及霍尔效应的强度。对于中等霍尔强度，流动自组织为长寿命的磁化涡流。在我们探索的参数范围内，无论是添加环向场还是欧姆或双极扩散都不会剧烈改变这一图景。证明了这些结构在此构型中捕获尘埃颗粒的能力。我们得出结论，霍尔-MRI 驱动的组织是一个合理的情景，可以解释最近观测中发现的一些结构。