原行星盤是行星形成的搖籃，行星形成過程中塵埃的聚集和演化深受盤內動力學環境影響。星子是行星形成過程中的關鍵中間體，由細小塵埃顆粒和固態冰雪物質聚集而成，其尺度通常為103至105米，被認為是行星胚胎的前身。但當前，行星形成模型在描述星子形成過程中存在較大不確定性。星子通過相互引力作用碰撞與并合，最終形成原始行星或行星內核。但是，在“米級障礙”限制下，厘米級塵埃顆粒因范德華力較弱，導致粘附不足且受氣體壓強作用，進而徑向漂移或塵埃自身碰撞碎裂，難以繼續增長形成星子。經典理論和數值模擬研究發現，穿流不穩定性可在氣體-塵埃相互作用下，在局部促進塵埃高度聚集，引發引力坍縮并形成星子。然而，原行星盤中普遍存在由流體不穩定性產生的湍流擾動，被學界認為會破壞穿流不穩定性驅動的星子形成。
近日，中國科學院紫金山天文臺副研究員黃平輝團隊聯合清華大學教授白雪寧，通過高分辨率三維全局多流體模擬，揭示了原行星盤中四種流體不穩定性共存并協同作用，可在真實湍流背景下有效促進塵埃匯聚，進而驅動星子形成。
研究人員基于磁流體代碼Athena++與自主開發的多流體模塊，并使用自適應網格加密技術，開展了大規模高分辨率的三維全局多流體模擬。研究首次展示了垂直剪切不穩定性、穿流不穩定性、羅斯貝波不穩定性以及開爾文–亥姆霍茲不穩定性四種不穩定性在原行星盤中共存。盡管垂直剪切不穩定性、羅斯貝波不穩定性及開爾文–亥姆霍茲不穩定性產生了一定程度的湍流，但它們不會削弱，反而通過協同作用顯著增強穿流不穩定性驅動塵埃團塊形成效率。
該研究表明，在原行星盤中，塵埃在真實復雜的氣體動力學環境下可有效聚集，并突破傳統“米級障礙”形成星子。這一研究為理解星子及行星起源提供了重要理論支撐。
相關研究成果分別發表在《天體物理學雜志》（The Astrophysical Journal）和《天體物理學雜志快報》（The Astrophysical Journal Letters）上。研究工作得到國家自然科學基金委員會的支持。
論文鏈接：1、2
?????三維全局多流體模擬展示垂直剪切不穩定性、穿流不穩定性、羅斯貝波不穩定性及開爾文–亥姆霍茲不穩定性在原行星盤中可共存，形成多處高密度塵埃團塊，為星子形成提供條件。
本文鏈接：研究揭示原行星盤中四種流體不穩定性共存機制下的星子形成http://m.sq15.cn/show-12-1293-0.html
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