三维自引力吸积盘中的涡旋存活

大尺度、捕获尘埃的涡旋或许可以解释对非对称原行星盘的观测。盘涡旋也是通过聚集尘埃颗粒加速星子形成的潜在场所。然而，在三维盘中，涡旋容易受到破坏性的“椭圆不稳定性”的影响，这降低了它们作为尘埃陷阱的可行性。因此，解决三维吸积盘中涡旋的存活问题具有重要意义。在这项工作中，我们通过剪切盒模拟表明，盘自引力增强了三维涡旋的存活能力，即使自引力在经典意义上很弱（例如 Toomre $Q\simeq5$）。我们发现，尽管存在椭圆不稳定性，三维自引力涡旋仍可在长期时间尺度上增长。随着涡旋增强，其纵横比减小，从而助长了椭圆不稳定性。其结果是一个具有湍流核心且持续约 $\sim 10^{3}$ 个轨道的三维涡旋。我们发现，当引力应力与流体动力学应力变得可比时，涡旋可能会经历周期性爆发，我们将其解释为椭圆不稳定性与引力不稳定性之间的相互作用。我们估算了自引力湍流涡旋中尘埃颗粒的分布。我们的结果表明，原行星盘中的大尺度涡旋在较大半径处更容易被观测到。