星子形成过程中超粒子近似的有效性

原行星盘中星子的形成机制备受争议。目前，最受青睐的模型涉及湍流盘中米级天体的聚集，随后经历引力不稳定性阶段。数值模拟最多只能处理几百万个粒子，而真实原行星盘中预计有数万亿个米级粒子。因此，单个粒子常被用作超粒子来代表许多较小粒子的分布。假设小尺度现象不起作用，且不模拟粒子碰撞。超粒子近似仅在无碰撞或强碰撞系统中有效，然而，在最近的许多数值模拟中并非如此。在这项工作中，我们展示了通过引力不稳定性形成星子的数值模拟新结果。研究了一个无需使用超粒子的缩放系统。我们发现，如果缩放粒子的属性选择得当，使得系统中所有重要时间尺度与真实原行星盘中的预期等效，则缩放粒子可用于模拟初始的团块形成阶段。给出了实现数值收敛所需的粒子数量约束。我们将这种新方法与标准的超粒子方法进行了比较。我们发现超粒子方法产生的结果不可靠，这些结果依赖于诸如引力软化等伪影，无论是在引力坍缩的条件还是最终的团块统计中。我们的结果表明，必须正确模拟短程相互作用（碰撞）。