原行星盘的辐照不稳定性

原行星盘大部分区域的温度由中心恒星的辐照决定。Watanabe & Lin (2008)的数值实验表明，此类亦称为“被动盘”的盘存在热不稳定性。本文中，我们使用解析和数值工具来阐明这一不稳定性的本质。我们发现它与光学面的外翘有关，光学面即恒星光被盘拦截的层。当盘的一个环带受到热扰动并获得更大的标高时，盘的内区外翘变得更陡，而外区变得更平。此时恒星光在内区更多地从头顶照入，从而能穿透更深的层；相反，在外区它被更浅地吸收。这些几何变化使环带能拦截更多恒星光，扰动随之增长。我们称之为辐照不稳定性。它仅需要真实盘中已知存在的成分，并在光学厚且几何薄（30 AU以内，但当考虑尘粒沉降等情况时可延伸至更远处）的区域运作最佳。不稳定盘会产生振幅达一阶量的行进热波。在热辐射中，此类盘应表现为一系列明亮环与暗阴影缝交替，而在散射光中则类似移动的阶梯。取决于气体和尘埃的响应，这一不稳定性可能导致广泛后果，例如ALMA环与缝、尘埃陷阱、垂直环流、涡旋和湍流。