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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(huán)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(tài)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(xù)增長形成星子。經典理論和數(shù)值模擬研究發(fā)現(xiàn)，穿流不穩(wěn)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(fā)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(wěn)定性產生的湍流擾動，被學界認為會破壞穿流不穩(wěn)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(lián)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(wěn)定性共存并協(xié)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(fā)的多流體模塊，并使用自適應網(wǎng)格加密技術，開展了大規(guī)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(wěn)定性、穿流不穩(wěn)定性、羅斯貝波不穩(wěn)定性以及開爾文–亥姆霍茲不穩(wěn)定性四種不穩(wěn)定性在原行星盤中共存。盡管垂直剪切不穩(wěn)定性、羅斯貝波不穩(wěn)定性及開爾文–亥姆霍茲不穩(wěn)定性產生了一定程度的湍流，但它們不會削弱，反而通過協(xié)同作用顯著增強穿流不穩(wěn)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(huán)境下可有效聚集，并突破傳統(tǒng)“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(fā)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(wěn)定性、穿流不穩(wěn)定性、羅斯貝波不穩(wěn)定性及開爾文–亥姆霍茲不穩(wěn)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。