流不稳定性与湍流：星子形成的条件

流不稳定性 (SI) 是星子形成的主要候选机制，它可以通过与气体的双向空气动力学相互作用来浓缩固体。由此产生的浓缩物可以变得足够致密，在粒子自引力作用下坍缩，形成星子。先前的研究进行了大规模参数调查，以确立临界粒子与气体表面密度比 ($Z$)，超过该阈值 SI 诱导的浓缩将触发星子形成。阈值 $Z$ 取决于无量纲停止时间 ($\tau_s$，尘埃大小的代理)。然而，这些研究忽略了粒子自引力和外部湍流。在此，我们进行了包含粒子自引力和湍流强迫的 3D 分层剪切盒模拟，我们通过测量湍流扩散的 $\alpha_D$ 来表征湍流。我们发现，在原行星盘中可能存在的振幅下，强迫湍流可将阈值 $Z$ 提高高达一个数量级。例如，对于 $\tau_s = 0.01$，当 $\alpha_D$ 分别为 $10^{-4}$、$10^{-3.5}$ 和 $10^{-3}$ 时，星子形成发生在 $Z \gtrsim 0.06$、$\gtrsim 0.1$ 和 $\gtrsim 0.2$ 时。我们提供了 SI 起作用所需的临界 $Z$ 作为 $\alpha_D$ 和 $\tau_s$ 函数的单一拟合（尽管仅限于 $\tau_s = 0.01$--0.1 范围）。我们的模拟还表明，星子形成需要中平面粒子与气体密度比超过 1，且临界值与 $\alpha_D$ 无关。最后，我们提供了考虑粒子反馈和外部湍流的粒子标高估计。