盘碎裂的下限及观测碎裂盘的展望

很大一部分褐矮星和低质量氢燃烧恒星可能通过原恒星盘的引力碎裂形成。我们探索了盘碎裂的条件，发现当盘足够大（>100 AU）以至于其外部区域能够有效冷却，并且在这些半径处有足够质量以变得引力不稳定时，这些条件得到满足。我们进行了辐射流体动力学模拟，并表明即使质量为0.25 Msun、大小为100 AU的盘也会碎裂。盘的质量、半径以及盘与恒星的质量比（Mdisc/Mstar~0.36）均小于先前的研究。我们发现碎裂盘在其形成后的几万年内质量和尺寸都会减小，因为其部分质量（尤其是100 AU以外的质量）被新形成的恒星和褐矮星消耗。碎裂盘最终的质量约为0.001-0.1 Msun，尺寸约为20-100 AU。另一方面，处于临界稳定状态的盘寿命要长得多。我们生成了碎裂盘的模拟图像，并发现使用当前（例如IRAM-PdBI）和未来（例如ALMA）的干涉仪观测正在发生碎裂的盘是可能的，但由于该过程持续时间短，可能性极低。与观测结果的比较表明，许多观测到的盘可能是早期阶段已碎裂盘的残余。然而，只有少数候选盘可能质量足够大、尺寸足够大，以至于目前仍处于引力不稳定状态。大质量（>0.2 Msun）、延展（>100 AU）盘的罕见性表明，要么这类盘是高度瞬态的（即形成、因周围包层物质下落而质量增加变得引力不稳定、并迅速碎裂），要么它们的形成受到抑制（例如被磁场抑制）。我们得出结论，当前对早期阶段盘的观测不能排除盘碎裂机制。