近日，中国科学院紫金山天文台与清华大学高等研究院合作，通过高分辨率三维全局多流体模拟，揭示了原行星盘中四种流体不稳定性共存并协同作用，可在真实的湍流背景下有效促进尘埃汇聚，进而驱动星子形成。该项成果以两篇论文形式，于2025年6月9日分别发表在《天体物理学杂志》（The Astrophysical Journal）和《天体物理学杂志快报》（The Astrophysical Journal Letters）。

原行星盘是行星形成的摇篮，而行星形成过程中尘埃的聚集和演化深受盘内动力学环境的影响。但当前的行星形成模型在描述星子的形成过程中仍存在较大不确定性。星子是行星形成过程中的关键中间体，由细小尘埃颗粒和固态冰雪物质聚集而成，通常尺度为10³至10⁵米，它们被认为是行星胚胎的前身。星子通过相互引力作用碰撞和并合，最终形成原始行星或行星的内核。但在“米级障碍”限制下，厘米级尘埃颗粒因范德华力太弱而粘附不足、受气体压强作用而径向漂移，或尘埃自身碰撞碎裂，难以继续增长形成星子。经典理论和数值模拟研究发现，穿流不稳定性（Streaming Instability,SI）可在气体-尘埃相互作用下在局部促进尘埃的高度聚集，引发引力坍缩形成星子。然而，原行星盘中普遍存在由流体不稳定性产生的湍流扰动，被认为会破坏SI驱动的星子形成。

研究团队基于国际先进的磁流体代码Athena++及自主开发的多流体模块(Huang & Bai 2022)，使用自适应网格加密技术，开展了大规模高分辨率的三维全局多流体模拟，首次展示了垂直剪切不稳定性（Vertical Shear Instability,VSI）、穿流不稳定性、罗斯贝波不稳定性（Rossby Wave Instability,RWI）与开尔文–亥姆霍兹不稳定性（Kelvin-Helmholtz Instability,KHI）四种不稳定性在原行星盘中共存。尽管VSI、RWI及KHI产生了一定程度的湍流，但它们不仅不会削弱，反而通过协同作用显著增强SI驱动尘埃团块形成的效率（见图1）。

该研究表明，在原行星盘中，尘埃在真实复杂的气体动力学环境下仍能有效聚集，突破传统“米级障碍”形成星子，为理解星子及行星起源提供重要理论支撑。

图1： 三维全局多流体模拟展示VSI、SI、RWI与KHI在原行星盘中可共存，形成多处高密度尘埃团块，为星子形成提供条件（Huang & Bai,2025）。

紫金山天文台黄平辉副研究员为论文的第一作者和通讯作者，清华大学白雪宁教授为该项研究的共同通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金项目的资助。

第一篇论文链接：https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/add345

第二篇论文链接：https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/adcebb