环双星盘中的波状扭曲传播 I：解析理论与数值模拟

本文分析了原恒星环双星盘中扭曲的传播。我们将这些系统作为研究弯曲波机制下扭曲传播的测试环境，并加入了由双星引力势产生的外部力矩。特别是，我们要测试已发展出解析理论的线性机制。为此，我们首先解析计算了受双星力矩作用的无粘吸积盘的稳态形状。稳态倾角是半径的单调递增函数。在无粘情况下，盘不呈现任何扭转。随后，我们将通过已知线性化方程计算的扭曲盘时间演化，分别与解析解以及使用 PHANTOM SPH 代码和 200 万粒子进行的全 3D 数值模拟进行了比较。我们发现，即使在大极低的粘度下，对于小倾角，倾角和相位演化均吻合良好。此外，我们验证了当 {\alpha} > H/R 时（其中 {\alpha} 为盘粘度参数），线性化方程能够重现扩散行为。最后，我们利用 3D 模拟探索了非线性机制。我们观察到强烈的非线性行为，导致盘发生断裂。随后，内盘开始以其自身的进动频率进动。这种行为此前已在围绕自旋黑洞的吸积盘数值模拟中被观测到。恒星周吸积盘的演化强烈依赖于扭曲的演化。因此，本文探讨的问题对于理解拥挤环境中（恒星间引力相互作用可能性很高）以及多星系统中吸积盘的演化可能具有根本重要性。