原行星盘死区内边缘的热力学

在原行星盘中，湍流区与层流区之间的内边界可能是行星形成的有利场所，这得益于固体在该边界本身或由 Rossby 波不稳定性产生的涡旋中的捕获。在界面处，由于湍流耗散和热电离的重要性，盘的热力学与湍流动力学相互交织。然而，现有的边界数值模型忽略了热力学，从而遗漏了部分物理过程。本文旨在通过适当考虑湍流加热以及电阻率对局部温度的依赖性，数值研究原行星盘内部区域中热力学与动力学之间的相互作用。利用 Godunov 代码 RAMSES，我们在柱坐标极限下对原行星盘进行了一系列包含湍流加热和简单辐射冷却方案的三维全局数值模拟。我们发现，由湍流激发的波显著加热了死区，随后我们提供了一个简单的理论框架来估算波加热及相应的温度分布。此外，我们的模拟揭示，死区内边缘可以向死区内部向外传播，然后在平均场模型可估算的临界半径处停滞。驱动这种传播的机制实际上是靠近界面处的密度波加热。在所有模拟中，界面处均出现压力极大值，并且我们注意到在具有扩展方位角的模拟中出现了 Rossby 波不稳定性。我们的模拟展示了原行星盘内部区域中热力学与湍流动力学之间复杂的相互作用，并揭示了死区界面处的活跃性对于死区热力学结构的重要性。