僵尸涡旋不稳定性 III：在非均匀层结与辐射阻尼下的持续性
太阳与恒星天体物理
2018-12-26 v1 地球与行星天体物理
摘要
僵尸涡旋不稳定性（ZVI）发生于原行星盘（PPDs）的死区中，其中扰动激发斜压临界层，生成“僵尸”涡旋与湍流。在本工作中，我们研究具有非均匀垂直层结的 ZVI；尽管 ZVI 在远离中面的层结区域被触发，但随后的湍流传播并充满中面。ZVI 湍流改变背景开普勒剪切流，产生稳态纬向流。观察到间歇性，即流动经历近层流纬向相并被子涡旋的混沌爆发所打断的循环。只要热弛豫时标长于数个轨道周期，ZVI 在辐射阻尼存在下依然持续。我们反驳了 Lesur & Latter（2016）关于辐射阻尼在盘半径 r>0.3 au 处抑制 ZVI 的过早论断。他们的结论基于使用几乎无晶粒生长的不透明度得出的不切实际的最短冷却时间。我们探索了不同的晶粒生长与垂直沉降情景，发现偏离中面区域的气体与尘埃彼此未必处于局部热力学平衡（LTE）。在此类情形下，由于气体与尘粒间通过碰撞交换能量需要有限时间，热弛豫时标可比假设 LTE 的光学薄冷却时标长数个量级。只要有最少量的晶粒生长与尘埃沉降，盘的非中面区域便易受 ZVI 影响，且大部分行星形成区可被僵尸涡旋与湍流充满。
引用
@article{arxiv.1810.06588,
title = {Zombie Vortex Instability. III. Persistence with Nonuniform Stratification and Radiative Damping},
author = {Joseph Barranco and Suyang Pei and Philip Marcus},
journal= {arXiv preprint arXiv:1810.06588},
year = {2018}
}
备注
Submitted to ApJ on June 25, 2018. Accepted by ApJ on Oct. 12, 2018. Simulation movies can be found at: https://www.youtube.com/channel/UCv5tNsTxBbL4PB6dcmd3Lhg?view_as=subscriber