受垂直剪切不稳定性影响的原行星盘中涡旋的形成与存活

ALMA 观测到的若干原行星盘显示出与巨涡旋中粒子捕获相符的尘埃浓集。涡旋的形成与存活对行星形成至关重要,因为涡旋充当粒子陷阱,因此是星子形成的优先位置。近期研究表明,垂直剪切不稳定性(VSI)能够在具有适当径向与垂直分层且在足够短时间尺度上热弛豫的原行星盘中产生湍流与小涡旋。但盘方位角范围的影响常被忽视,因为盘的方位角被限制在 $\Delta \phi \leq \pi/2$。我们旨在研究盘方位角范围对原行星盘长期演化及大涡旋形成可能性的影响。为此,我们使用不同的 $\Delta \phi = \pi/2$ 到 $2\pi$ 值,对具有规定径向密度与温度梯度且在短时间尺度上冷却的盘中的 VSI 进行长达 1000 个局部轨道的 3 维模拟。我们发现 VSI 能够形成大涡旋,在覆盖 $\Delta \phi \geq \pi$ 盘的模拟中这些涡旋可存在至少数百个轨道。这表明 VSI 能够形成涡旋,或至少能通过次级不稳定性(例如罗斯比波不稳定性或开尔文-亥姆霍兹不稳定性)触发涡旋形成。