原行星盘中晶粒生长的 SPH 模拟

目的：为了理解行星形成的初始阶段，即微小晶粒聚集形成星子的过程，需要同时模拟原行星盘中尘埃的晶粒生长、垂直沉降和径向迁移。在本研究中，我们将晶粒生长的解析公式引入到一个三维两相流体动力学代码中，以理解其对盘中尘埃分布的影响。方法：遵循 Stepinski & Valageas (1997) 的解析推导（假设晶粒碰撞后完美粘附），我们在三维两相（气体 + 尘埃）SPH 代码中实现了一种便捷且快速的晶粒生长追踪方法。随后，我们追踪了经典 T Tauri 星盘中尘埃种群的大小和空间分布演化。结果：我们发现，由于气体阻力、尘埃动力学和生长之间的复杂相互作用，晶粒经历了不同的生长阶段。晶粒在向中平面沉降时初始生长迅速，然后在穿过盘体大部分区域时经历快速径向迁移而生长甚少，最后在内盘堆积并更有效地生长。这导致了晶粒尺寸的双峰分布。利用这种简单的晶粒生长公式，我们发现晶粒在内盘于 10^5 年内达到分米级尺寸，并在快速迁移阶段得以幸存。