原行星盘中烧结诱导的尘埃环形成：对 HL Tau 盘的应用

ALMA 对 HL Tau 的最新观测揭示了其星周盘中壮观的同心尘埃环。我们试图将这种多重环结构解释为尘埃团聚体烧结的结果。已知烧结会降低尘埃团聚体的黏附效率，并发生在略低于其组成物质升华点的温度处。我们在此提出一个包含烧结的尘埃增长模型，并用其模拟了在建模的 HL Tau 盘中由于烧结、凝聚、碎裂和径向向内漂移引起的全球尘埃演化。我们表明，由多种挥发性冰组成的团聚体会经历烧结、碰撞瓦解，并堆积在略位于挥发性物质雪线之外的多个位置。在 0.87--1.3 mm 波长处，这些烧结区表现为明亮的、光学厚的环，光谱斜率约为 2，而非烧结区则表现为较暗的、光学较薄的环，光谱斜率约为 2.3--2.5。烧结区与非烧结区的观测特征分别与该 HL Tau 盘中发现的主要亮环和暗环相符。若盘湍流较弱且构成团聚体的单体半径约为 $1~{\rm \mu m}$，则径向堆积与垂直沉降同时发生。对于径向气体温度轮廓 $T = 310(r/1~{\rm AU})^{-0.57}~{\rm K}$，我们的模型完美复现了光学厚亮环的亮温度，并将其轨道距离复现到 $\lesssim$ 30% 的精度。