原行星盘尘埃层中轴对称引力不稳定的两种演化路径

我们通过非线性数值模拟研究了原行星盘尘埃层中因引力不稳定和尘埃沉降而引起的密度演化。我们假设在径向压力梯度在平衡下可忽略的区域，以避免剪切引起的不稳定，并限定为轴对称扰动，以此作为引力不稳定非线性数值模拟的初步步骤。我们发现，引力不稳定的演化路径取决于无量纲气 friction 时间，该参数定义为气 friction 时间与开普勒角速度的乘积。若无量纲气 friction 时间为0.01，引力不稳定的生长速度快于尘埃沉降；若为0.1，尘埃聚集会在引力不稳定生长前充分沉降。在后一种情况下，近似解析计算表明，无论尘埃在中平面的密度如何，尘埃沉降总是快于引力不稳定的生长。因此，尘埃层将变得极薄，甚至可能达到尘埃物质密度的数十分之一，再发生引力不稳定的生长。