湍流尘粒捕获环作为星子形成的高效场所

近期对原行星盘（PPDs）在亚毫米波段的观测揭示了环状子结构的普遍性，表明鹅卵石尺寸的尘埃颗粒被困在环状的湍流气体压力凸起中。这一重大范式转变也对由这些鹅卵石通过流不稳定性形成星子的主导理论提出了挑战，流不稳定性在压力梯度中运作并可能被湍流抑制。在此，我们进行三维局部剪切盒、非理想磁流体动力学（MHD）模拟，研究在强制气体压力凸起中包括尘埃反作用的尘埃捕获。在由具有适合外盘条件的 ambipolar diffusion 的磁旋转不稳定性（MRI）所产生的适度湍流水平下，我们实现了由湍流扩散平衡的尘埃捕获准稳态。我们在所有模拟中于气体压力极大值附近发现强烈的尘埃结块，达到远高于触发引力坍缩形成星子阈值的最大密度。强压力凸起将尘埃颗粒向凸起中心集中。在弱压力凸起下，尘埃也可由于尘埃反作用在偏离凸起中心的次级细丝中集中，但强结块仍主要发生在凸起中心周围的主环中。我们的结果揭示了尘埃捕获环作为外原行星盘中星子形成的稳健位置，同时它们可能具有多样的观测性质。