Turbulent Mixing in Stars: Theoretical Hurdles
一个程序的概述,第一个结果描述,其中完全三维的,时间依赖的流体动力学湍流模拟被用作理论研究的基础上的物理湍流在恒星。讨论了把湍流对流当作扩散过程处理的不足。概括旋转和磁流体力学表示,连接到模拟的3D恒星大气。
2009-12-15 astro-ph.SR
Observational signatures of outbursting protostars - I: From hydrodynamic simulations to observations
在原恒星上的吸积可能发生在急剧的爆发中。年轻原恒星嵌入阶段的吸积爆发可能是最强烈的,但只能通过长波长观测间接推断。我们进行辐射转移计算年轻的恒星物体(YSO)形成的流体动力学模拟预测的长波长,亚毫米和毫米,通量响应情节吸积事件,考虑到加热的年轻原恒星和星际辐射场。我们发现,由于幕式吸积事件造成的通量增加在亚毫米波段比毫米波段更为显著;例如,因子~ 570的年轻原恒星的光度增加导致在250微米处的通量增加47倍,但在1.3毫米处仅增加10倍。波长我们发现,在FU Ori-type爆发期间,由于物体以较短波长发射的辐射的较大部分,热测量温度和光度可能错误地将源分类为更演化的YSO
2019-06-05 astro-ph.SR
Local Radiation Hydrodynamic Simulations of Massive Star Envelopes at the Iron Opacity Peak
我们进行了三维辐射流体动力学模拟的结构和动力学的辐射为主的信封的大质量恒星的铁不透明度峰值的位置。一维流体静力学计算预测在这个位置的不稳定的密度反演,而我们的模拟揭示了一个复杂的相互作用的对流和辐射传输的行为取决于光子扩散时间的动态时间的比率。后者由光学深度/压力标度高度$τ_0$与$τ_c=c/c_g$之比设定,其中$c_g \approx$ 50 km/s是单独气体中的等温声速。当$τ_0 \gg τ_c$时,对流降低了辐射加速并消除了密度反转。模拟中的湍流能量输运与混合长度理论一致,并提供了其在辐射主导的制度的第一个数值校准。当$τ_0 \ll τ_c$时,对流变得无效,湍流能量传输可以忽略不计。湍流速度超过$c_g$,驱动冲击和大的密度波动,使光子优先通过低密度区域扩散出去。然而,有效辐射加速度仍然大于重力加速度,使得时间平均密度剖面包含适度的密度反转。此外,模拟的包络线经历了几个小时的周期的大规模振荡。湍流速度场可能影响大质量恒星谱线的展宽,从而影响恒星自转的测量,而时变的外层大气可能导致质量损失和恒星半径的变化。
2015-09-17 astro-ph.SR
Idealised hydrodynamic simulations of turbulent oxygen-burning shell convection in 4π geometry
这项工作研究了恒星对流的性质,特别强调了上对流边界(CB)的夹带。在$4π$几何中,在代表性的加热率驱动下,在$768^3$和$1536^3$网格上,对大质量恒星O燃烧壳层中的湍流对流进行了理想化模拟。还在$768^3$网格上执行加热系列。$1536^3$模拟显示,在$1.33\times10^{-6}~M_\odot~\mathrm{s}^{-1}$的上CB处存在夹带率。$768^3$模拟与相同的加热速率同意在17%.The夹带率在上对流边界被发现与驱动光度和剪切速度在上边界的立方成线性比例,而径向RMS流体速度与驱动光度的立方根成比例,正如预期的那样。在一维扩散框架中分析混合,从而得到CB混合的简单模型。分析证实了以前的研究结果,即在1D模拟中将MLT混合长度限制在到CB的距离更好地代表了来自3D模拟的球平均径向速度分布,并提供了1D中指数扩散CB混合模型的参考扩散系数$D_0$的改进确定。从3D模拟数据,我们采用的对流边界的水平速度分量中的最大梯度的位置具有$2σ$空间波动的$\approx0.17 H_P$。指数衰减扩散CB混合模型与$f = 0.03$再现球平均的三维丰度分布。
2016-11-02 astro-ph.SR
A turbulent origin for the complex envelope kinematics in the young low-mass core Per-Bolo 58
我们使用CARMA 3 mm连续谱和分子谱线(NH 2D,N2 H+,HCO+,HCN和CS)在~1000 AU分辨率下表征围绕深度嵌入的第一个核心候选人Per-Bolo 58的包络的结构和运动学。所观察到的物质的谱线轮廓显示出两个不同的峰,峰之间的距离为0.4-0.6 km/s,这很可能是由两个不同的光学薄速度分量引起的,而不是光学粗线中自吸收的产物。两个速度分量,每个质量约为0.5-0.6 Msun,在空间上重叠的连续发射的位置,并产生沿流出方向的一般梯度。我们调查是否这些意见是一致的,在一个动荡和磁化信封的下落。我们比较的形态和光谱的N2 H+(1-0)的MHD模拟,认为最初扰动与湍流场的孤立的核心崩溃的合成观测。所提出的模型匹配的数据在生产的两个速度分量,跟踪由孤立的超精细线的N2 H+(1-0)光谱,并显示出一般协议的形态和速度场。我们还使用该地区的大型地图,比较运动学的核心与周围的大规模的星系结构,并发现,吸积从大规模的灯丝也可以解释这个年轻的致密核心所表现出的复杂的运动学。
2017-10-06 astro-ph.GA astro-ph.SR
Turbulent convection and pulsation stability of stars - I. Basic equations for calculations of stellar structure and oscillations
本文从流体力学方程出发,遵循经典的Alfredold湍流处理方法,建立了一组平均流的流体力学方程和一组湍流速度和温度脉动自相关和互相关的动力学方程。这两组方程的结合,得到了一个完整的、自洽的数学表达式,为计算恒星的结构和振荡做好了准备。本文简要介绍了湍流对流的非定域性和各向异性,并对算法中的三个对流参数($c_1$、$c_2$和$c_3$)进行了定义和标定。利用非局部对流理论,通过数值解揭示了对流包络的结构和非绝热线性振荡的主要特征。对模型中对流参数和脉动不稳定性的选择作了大量的研究,结果表明:在大范围的对流参数($c_1$,$c_2$和$c_3$)范围内,脉动稳定性的主要性质保持不变。
2018-08-29 astro-ph.SR
Turbulent mixing layers in supersonic protostellar outflows, with application to DG Tauri
湍流卷吸过程可能在年轻天体演化的各个阶段的外流中起着重要的作用。特别是,横向夹带的环境材料的高速,准直原恒星喷流可能是多个发射线速度分量的原因,观察到的微射流规模的外流驱动的经典金牛座T星。沿射流边界的紊流激波激发的混合层可能会产生中速外流分量。我们提出了一种形式主义,用于描述这样的混合层的基础上测量的气体的基本性质的量的雷诺分解。在这个模型中,来自大圆盘半径的分子风为卷吸提供了持续的物质供应。我们计算的总应力分布在混合层,这使我们能够估计耗散的湍流能量,因此层的光度。我们利用MAPPINGS IV激波模型来确定[Fe II] 1.644 μm谱线发射在总发射中所占的比例,以便于与以前对年轻恒星DG Tauri的观测进行比较。我们的模型准确地估计了DG Tau接近流出的中速分量的亮度和质量流出率的变化。因此,我们建议,这个组件代表了湍流混合层周围的准直射流在这个对象。最后,我们将我们的模型与该领域以前的工作进行比较和对比。
2015-10-05 astro-ph.SR
Reynolds stresses from hydrodynamic turbulence with shear and rotation
研究大尺度剪切和旋转作用下湍流动量输运的雷诺应力。采用三维数值模拟方法研究了均匀各向同性强迫湍流中大尺度剪切和旋转影响下的湍流输运。我们研究了三种情况:一个只有剪切,和其他两个地方,除了剪切,旋转。这些情况的不同之处在于旋转矢量相对于z方向的角度(0或90 \degr)。在旋转或剪切保持恒定的情况下,使用两个θ值执行两个运行子集。当只存在剪切时,非对角应力可以用湍流粘度来描述,而如果系统也旋转,则会出现对应力的非扩散贡献(Λ效应)。直接模拟的分析结果从一个简单的封闭模型进行了比较。我们发现,湍流粘度的顺序的一阶平滑的结果,在研究的参数制度和足够大的雷诺数的Strouhal数,描述的相关性周转时间的比率,大约是1.5。这与基于最小τ近似的闭合模型是一致的,该模型对类似Strouhal数的模拟数据产生了合理的拟合。在存在旋转的情况下,分离应力的扩散和非扩散分量是具有挑战性的,但从表面上看,我们可以获得约为湍流粘度0.1倍的非扩散贡献。我们还发现,简单的封闭模型是能够再现的数值结果的定性特征,提供的Strouhal数是为了统一。
2009-11-19 astro-ph.SR
Let the Great World Spin: Revealing the Stormy, Turbulent Nature of Young Giant Exoplanet Analogs with the Spitzer Space Telescope
我们提出了一个调查的光度变化在年轻的,低质量的棕矮星与斯皮策太空望远镜。我们样本中的23个天体显示出强烈的年轻特征,并与直接成像的系外行星具有相同的属性。我们提出了三个新的年轻天体:2 MASS J 03492367 $+$ 0635078,2 MASS J 09512690 $-$ 8023553和2 MASS J 07180871 $-$ 6415310。我们检测到13个年轻的对象的变化,并发现年轻的棕矮星是非常有可能显示整个L2-T4光谱型范围内的变化。相反,光谱型$>$ L9的场矮变发生率下降。我们研究的变化幅度的年轻的对象,并找到一个增强的最大振幅相比,领域的矮星。我们推测,观测到的幅度范围内的光谱型可能会受到二次效应,如观看倾角和/或旋转周期。我们结合我们的新的旋转周期与文献调查角动量演化的质量的影响。虽然高质量的棕矮星($>30 M_{\mathrm{Jup}}$)会随着时间的推移而旋转,但对于低质量的天体($<30 M_{\mathrm{Jup}}$)来说,同样的趋势并不明显,这可能是由于对旧的低质量天体测量的周期数量很少。伴星棕矮星和行星质量天体的自转周期与年龄和质量相似的孤立天体的自转周期一致,表明它们有着相似的角动量历史。在剑鱼座AB星系群中,我们发现了一个高变率的发生率和共同角动量演化的证据。这些结果对于未来使用詹姆斯韦伯太空望远镜和30米望远镜等设施直接成…
2022-01-12 astro-ph.EP astro-ph.SR
Investigations of Protostellar Outflow Launching and Gas Entrainment: Hydrodynamic Simulations and Molecular Emission
我们调查原恒星外流演化,气体夹带,恒星形成效率使用辐射流体动力学模拟孤立,湍流低质量的核心。我们采用X风发射模型,其中的流出速率耦合到瞬时的原恒星吸积速率和演化。我们改变流出准直角从$θ$ =0.01-0.1,并发现,即使是很好的准直流出有效地扫过和夹带显着的核心质量。第0阶段的寿命范围为0.14-0.19百万年,这与观察到的0级寿命相似。核心的恒星形成效率介于0.41-0.51之间。在所有情况下,流出物在周围材料中驱动强烈的湍流。虽然最初的核心湍流是纯粹的螺线管的建设,模拟收敛到螺线管和压缩运动之间的近似均分,由于外流驱动和崩溃的组合。当一个集群的原恒星,这不是引力集中凝聚的模拟相比,我们发现,外流驱动器的运动,主要是螺线管。最后的湍流速度分散的核心的初始值的两倍左右,表明一个单独的外流是很容易能够补充湍流运动的次秒差距尺度。我们后处理的模拟,以产生合成的分子线发射图的$^{12}$ CO,$^{13}$ CO,和C $^{18}$ O和评估如何以及这些示踪剂重现的基础质量和速度结构。
2014-01-16 astro-ph.SR
Turbulent drag reduction in magnetohydrodynamic and quasi-static magnetohydrodynamic turbulence
在流体动力学湍流中,大尺度注入的动能级联到惯性范围,导致恒定的动能通量。相反,在磁流体动力学(MHD)湍流中,一部分动能被转移到磁能。因此,对于相同的动能注入率,MHD湍流中的动能通量与其流体动力学对应物相比减小。这导致非线性项($\la | ({\bf u}\cdot \nabla) {\bf u} | \ra$,其中${\bf u}$是速度场)和湍流阻力相对减弱,但MHD湍流中的速度场增强。我们使用流体动力学和MHD湍流的壳模型模拟来验证上述。准静态MHD湍流也表现出类似于MHD湍流的湍流阻力减小。
2020-04-13 astro-ph.SR physics.flu-dyn physics.geo-ph
3D hydrodynamical CO5BOLD model atmospheres of red giant stars: I. Atmospheric structure of a giant located near the RGB tip
本文研究了一颗位于红巨星分支(RGB)尖端附近的典型红巨星大气中对流的性质和作用,其大气参数为Teff= 3660 K,log(g)=1.0,[M/H]=0.0。分别用CO 5 BOLD和LHD程序计算的三维流体动力学模式和一维经典大气模式对大气结构进行了差分分析。所有模型都有相同的大气参数、元素组成、不透明度和状态方程。我们发现,这个特殊的红巨星的大气层由两个相当不同的区域组成:低层大气主要是对流运动,高层大气主要是波动活动。对流运动形成了一个显著的颗粒化模式,其强度对比度(~18%)大于太阳模型中的强度对比度(~15%)。高层大气经常被快速冲击波穿越,其垂直和水平速度分别高达~2.5和~6.0马赫。颗粒的典型直径约为5 Gm,相当于覆盖整个恒星表面的约400个颗粒。巨型模型中的湍流压力占总压力的约35%(即,气体加湍流)压力,这表明它在恒星大气和演化模拟中不可忽略。然而,不存在混合长度参数和湍流压力的组合,这将允许令人满意地再现3D温度-压力分布与基于混合长度理论的标准公式的1D大气模型。
2012-11-30 astro-ph.SR
The initial conditions for planet formation: Turbulence driven by hydrodynamical instabilities in disks around young stars
这篇评论探讨了最近的理论发展,在我们的理解湍流冷,非磁活性,星子形成区域的原行星盘,我们称之为“欧姆区”。我们给一个简短的背景介绍,然后由一个简洁的教学回顾的现象学的流体动力学湍流的磁盘湍流的主题。给出了冷天体物理盘的动力学方程,描述了基本流态。我们讨论了Solberg-Hoiland稳定性所需的条件,以及最近发现的三种可能活跃在原行星盘欧姆区的湍流产生机制,即(i)垂直剪切不稳定性,(ii)对流过稳定性和(iii)僵尸涡不稳定性。我们总结了这些过程的性质,确定其局限性,并讨论在什么地方和条件下,这些过程是活跃的原行星盘欧姆区。
2018-11-24 astro-ph.EP astro-ph.SR
Dead Zones around Young Stellar Objects: FU Orionis Outbursts and Transition Discs
我们进行全球时间依赖性的模拟周围的一个年轻的恒星对象与死区(磁旋转不稳定性不能驱动湍流,因为材料没有充分电离的区域)的吸积盘。对于大约10^-7 Msun/yr的盘状吸积速率,如果临界磁雷诺数大于大约10 ^4,就会出现死区。我们模拟了分子气体云的坍缩。在早期,当下落吸积率很高时,盘是热电离和充分湍流的。然而,当下落吸积率下降时,如果临界磁雷诺数足够大,则可能形成死区,否则盘保持完全湍流。由于死区的存在,圆盘会变得不稳定,从而导致重力-磁不稳定。恒星的质量在大的吸积爆发中增长,这可能解释FU Orionis事件。在后期,圆盘中没有足够的质量来发生爆发,但随着圆盘冷却,死区变得更加突出。在圆盘演化的后期阶段,大的内部死区可能有助于解释带有内孔的过渡圆盘的观测结果。
2012-04-13 astro-ph.SR
Compressible Hydrodynamic Mean-Field Equations in Spherical Geometry and their Application to Turbulent Stellar Convection Data
我们提出了一个统计分析的湍流对流在我们的雷诺平均的Navier Stokes(RANS)框架内的球形几何,我们来自第一性原理。本文报道的主要结果包括:(1)一组广泛的可压缩多组分流体动力学平均场方程,以及(2)从各种模拟模型计算的相应平均场数据。还提供了一些补充的尺度分析数据。所提供的模拟数据包括:(1)23太阳质量超新星前身星氧燃烧时的壳层对流,(2)5太阳质量红巨星的包层对流,(3)氦闪光时的壳层对流,(4)1.25太阳质量恒星的氢注入闪光。这些模拟在Meakin [2006]、Meakin和Arnett [2007 a,b,2010]、Arnett等人[2009,2010]、Viallet等人[2011,2013 a,b]和Mocak等人[2009,2011]中已有部分描述。新的数据也包括在本文件中,几个新的域和分辨率配置,以及一些变化的物理模型,如对流区深度和驱动源项。这项工作的长期目标是帮助开发更复杂的模型来处理流体动力学现象(例如,湍流对流)在恒星演化领域中的应用,提供了三维模拟数据和由一维恒星演化代码模拟的平均场之间的直接联系。因此,这些数据可以用来测试以前提出的湍流模型在文献中发现,有时用于恒星建模。这些数据还可以用来测试模型构建的基本物理原理,并激发用于1D进化代码的新处方。
2014-01-21 astro-ph.SR physics.flu-dyn physics.geo-ph
Solar $p$-mode damping rates: insight from a 3D hydrodynamical simulation
空间飞行任务CoRoT和Kepler为类太阳光探测器提供了丰富的高质量光度数据。现在可以测量数百个主序星和数千个红巨星的阻尼率。然而,在地震参数中,模式阻尼率仍然知之甚少,因此几乎没有用于推断恒星的物理性质。以前的方法模型模式阻尼率的基础上混合长度理论或一个solid-stress方法来模拟湍流对流。虽然能够掌握问题的主要物理原理,但这些方法对于提供定量估计以及对每个物理机制的相对贡献的明确答案几乎没有帮助。因此,我们的目标是评估能力的三维流体动力学模拟推断的物理机制负责阻尼类太阳振荡。为此,太阳能高空间分辨率和长时间的流体动力学三维模拟计算的ANTARES代码允许探测湍流对流和正常模式的模拟箱之间的耦合。实际上,模拟的正常模式在模拟的超绝热层中经历真实的驱动和阻尼。因此,研究模拟中简正模的性质提供了对模式物理的独特见解。我们表明,这样的方法提供了对太阳能阻尼率的约束,并能够解开的湍流压力,气体压力,辐射通量和对流通量的贡献的扰动相关的相对贡献。最后,我们得出结论,使用正常模式的3D数值模拟是可能的,并可能能够揭示各自的作用,负责模式阻尼的不同物理机制提供的时间持续时间的模拟是足够长的。
2019-03-13 astro-ph.SR
Modelling massive-star feedback with Monte Carlo radiation hydrodynamics: photoionization and radiation pressure in a turbulent cloud
我们模拟了一个自引力,湍流云1000 Msol的光电离和辐射压力反馈从34 Msol的恒星。我们使用一个详细的蒙特卡罗辐射转移计划旁边的流体力学计算光电离和热平衡与尘埃颗粒和多个原子物种。使用这些气体温度,尘埃温度和电离分数,我们产生自洽的合成观测线和连续发射。我们发现,所有的材料是分散的(15.5 pc)$^3$网格内160万年或0.74自由落体时间。质量出口的峰值通量为$2 \times 10^{-3}$ Msol/yr,显示出有效的气体扩散。没有辐射压力的模型在电离突破方面有轻微的延迟,但总体上其影响可以忽略不计。85%的体积和40%的质量被电离-致密的细丝抵抗电离,并被扫成球形核心,其支柱径向指向电离恒星。我们使用20 cm处的自由-自由发射来估计电离光子的产生率。这几乎总是被低估了:在早期阶段被低估了几倍,然后随着质量离开体积而被低估了几个数量级。我们还测试了在450和850微米的尘埃连续表面亮度的比率,以探测尘埃温度。这低估了实际温度的一个以上的系数2在低柱密度或高视线温度分散的地区; HII区腔体特别容易出现这种差异。然而,探头在诸如灯丝的密集位置是准确的。
2018-04-19 astro-ph.GA astro-ph.SR
Developing Machine Learning Models of Subgrid Turbulent Transport for Quiet Sun 3D Radiative Hydrodynamic Simulations
Georgia State University(佐治亚州立大学);NASA Ames Research Center(美国宇航局艾姆斯研究中心)
研究针对宁静太阳3D辐射流体动力学模拟中的亚网格湍流输运问题,开发3D卷积神经网络,集成速度矢量和标量特征预测雷诺应力张量分量,与其他模型比较,结果表明该模型能更准确重构应力张量分量,展现深度学习在该领域的潜力。
2026-07-13 astro-ph.SR physics.flu-dyn
Three-dimensional Hydrodynamics Simulations of Precollapse Shell Burning in the Si- and O-rich Layers
我们提出了三维流体动力学模拟壳燃烧的两个祖先与零年龄的主序列质量为22和27 $M_{\odot}$为$\sim$ 65和200 s的引力坍缩的发病,分别。这22和27颗$M_{\odot}$恒星是从一组一维祖先中选出的。前者和后者分别具有宽度为$\sim$ 10 $^9$ cm和$\sim$ 5 $\times 10^9$ cm的扩展的富Si和富O层。我们的三维结果表明,湍流混合发生在两个祖先的角平均湍流马赫数超过$\sim$ 0.1的最大值。我们观察到,一个情节燃烧的O和Ne,这发生在对流基地的下面,分别增强了22和27 $M_\odot$模型中的湍流混合。核合成产率的分布是显着不同的,在1D模拟,即,在3D更均匀和不均匀的径向和角方向,分别。通过谱分析,我们研究了湍流的增长及其在对流层物质混合中的作用。我们还提出了一个标量球谐模态分析的湍流马赫数。这个解析公式将有助于超新星模型研究者在核坍缩超新星模拟中实现坍缩前的微扰。基于这些结果,我们讨论了微扰辅助中微子驱动的超新星爆炸可能发生的影响。
2021-01-25 astro-ph.HE astro-ph.SR
From hydrodynamics to N-body simulations of star clusters: mergers and rotation
我们提出了一种新的方法来获得更真实的初始条件的N体模拟的年轻星团。我们从流体动力学模拟分子云坍缩的输出,其中恒星的形成与下沉粒子建模。在我们的方法中,我们瞬间从这些流体动力学模拟输出中去除气体,以模拟恒星反馈引起的气体嵌入阶段的结束。然后,我们强制执行一个现实的初始质量函数的基础上,他们的质量和位置,通过分裂或加入汇粒子。这样的初始条件包含了关于年轻星团的空间分布以及运动学和动力学状态的更一致的信息,这是正确研究这些系统的基础。例如,通过将我们的方法应用于一组先前运行的流体动力学模拟,我们发现年轻星团的早期演化受到气体去除和子结构早期干合并的影响。这种早期的演化可以快速消除我们的(子)集群在嵌入阶段获得的旋转,或者在两体弛豫作用于更长的时间尺度之前,通过子结构合并提供角动量来“燃料”它。
2020-12-01 astro-ph.GA astro-ph.SR
Modelling dust coagulation, dynamical drag and turbulent mixing during star and disc formation
University of Exeter(埃克塞特大学);Hochschule für angewandte Wissenschaften München(慕尼黑应用科学大学)
本文提出了一种结合隐式积分方法和SPH模拟的模型,用于研究恒星形成早期阶段和原行星盘中尘埃颗粒的凝聚、混合与迁移过程,通过湍流扩散提高尘埃颗粒生长效率。
2025-12-06 astro-ph.EP astro-ph.SR
Linear and nonlinear hydromagnetic stability in laminar and turbulent flows
我们考虑任意大的扰动的一个规定的纯流体动力学流动的导电流体的演变。我们研究是否流扰动以及所产生的磁场衰减或随时间增长,并构成一个发电机过程。为此,我们导出了流体动力学扰动的动能与磁能之和的广义的M-O方程。流动被限制在有限体积内,因此边界处速度的法向分量为零。与以前的作品相比,切向分量是任意的。对于磁场,我们大多采用经典的边界条件,其中场在整个空间中延伸。我们建立临界值的流体动力学和磁雷诺数低于任意大的初始扰动的流体动力学流衰减。这涉及到推广的瑞利-费伯-克拉恩不等式的最小特征值的椭圆算子。对于高雷诺数湍流,我们提供了一个估计的临界磁雷诺数低于任意大的波动的磁场衰减。
2021-05-02 astro-ph.SR math-ph math.MP
A 3D Hydrodynamics Study of Gravitational Instabilities in a Young Circumbinary Disc
利用三维流体动力学方法研究了一个0.14 M $_{\odot}$环绕原行星盘的引力不稳定性,该原行星盘围绕一颗1 M $_{\odot}$恒星和一颗0.02 M $_{\odot}$褐矮星伴星运行.我们研究的光盘的vacuical状态,并确定GI引起的密度波,非轴对称密度结构,质量流入和流出,和引力矩的强度。结果进行了比较,一个原行星盘没有棕矮星双星同伴的并行模拟。使用CHYMERA,辐射三维流体动力学代码进行模拟。环双星盘中GI的爆发要猛烈得多,这是由于褐矮星激发了一个强的单臂密度波。尽管有这种早期的差异,但详细的分析表明,在模拟开始后的2,500年,两个圆盘都松弛到一个非常相似的准稳定阶段。相似之处包括准稳态相的热力学,最终的表面密度分布,径向质量流入,和非轴对称的功率和扭矩的螺旋臂多重性的两个或更多。在光盘中的二元性的影响是显而易见的重力扭矩分布,温度分布在内部光盘,和径向质量传输。3,800年后,双星的半长轴减少了约1%,偏心率大约增加了一倍。与单臂波相关的外环双星盘的质量输运可能影响行星形成。
2018-12-27 astro-ph.EP astro-ph.SR
Properties of Turbulent Convection and Large-Scale Flows in a Rotating F-type Star Revealed by 3D Realistic Radiative Hydrodynamic Simulations
该研究通过3D辐射流体动力学模拟,探究旋转和科里奥利力对具浅对流区F型主序星的影响,揭示其对流与大尺度流动特性,为理解恒星演化与活动提供支撑。
2025-02-10 astro-ph.SR physics.space-ph
Hydrodynamics modeling of the water snow line in young protoplanetary disks with dust-size-dependent opacities
Institut für Astro- und Teilchenphysik, Universität Innsbruck(因斯布鲁克大学天体与粒子物理研究所);Research Institute of Physics, Southern Federal University(南联邦大学物理研究所);Institute of Astronomy, Russian Academy of Sciences(俄罗斯科学院天文研究所)
本研究用FEOSAD代码模拟原行星盘演化,发现引力不稳定阶段水雪线位置形状不稳定,尘埃尺寸相关不透明度使雪线更靠近恒星,凸显该因素对盘演化研究的重要性。
2026-08-19 astro-ph.EP astro-ph.SR
Vertical shear instability in two-moment radiation-hydrodynamical simulations of irradiated protoplanetary disks I. Angular momentum transport and turbulent heating
本研究通过高分辨率双矩辐射流体动力学模拟,发现小颗粒耗尽时垂直剪切不稳定性(VSI)在盘表面运作而中面受抑,其角动量混合主要为轴对称,且湍流加热导致的温度升高极其微小。
2023-12-11 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.comp-ph
Unveiling a young thick disk in the Milky Way
本研究在银河系中发现一个约66亿年的年轻厚盘,其厚度与古老厚盘相当但径向延伸更广、年龄更轻,揭示银河系至少经历两次湍流爆发式恒星形成事件,支持厚盘源于诞生环境而非长期动力学加热。
2025-04-15 astro-ph.GA astro-ph.SR
Primordial Obliquities of Brown Dwarfs and Super-Jupiters from Fragmenting Gravito-Turbulent Discs
超级彗星、褐矮星和恒星可以从自引力盘的坍缩中形成。这样的圆盘是湍流的,带有絮状的螺旋臂,水平和垂直地将气体加速到跨音速。从重力湍流盘中分裂出来的物体应该以各种方向旋转,反映出它们的母体漩涡的随机方向。我们通过直接数值模拟表明,新塌陷碎片的结晶度可以达到45 $^\circ$。碎片之间的后续碰撞可以进一步改变重密度分布,高达90 $^\circ$或降至接近零。新发现的围绕年轻恒星的宽轨道上的超级彗星的大质量可能起源于引力湍流。倾斜旋转的碎片所处的轨道可能相对于其母盘倾斜多达20 $^\circ$,并在重力作用下将剩余物质搅动到碎裂前盘厚度的许多倍。
2021-08-21 astro-ph.EP astro-ph.SR
Magnetic effect on equilibrium tides and its influence on the orbital evolution of binary systems
在标准的平衡潮汐理论中,考虑了水动力湍流。本文研究了磁场对平衡潮汐的影响。我们发现与潮汐流相关的湍流欧姆耗散比湍流粘性耗散强得多,因此磁场可以大大加速双星系统的潮汐演化。然后,我们将理论应用到三个双星系统:51飞马座b的轨道迁移,WASP-12 b的轨道衰变,以及近距离双星的圆化。理论预测与观测结果吻合较好,但不能用水动力平衡潮汐来解释。
2022-06-03 astro-ph.EP astro-ph.SR
Modeling the Atomic-to-Molecular Transition and Chemical Distributions of Turbulent Star-Forming Clouds
我们使用3D-PDR,一个三维的天体化学代码建模的光解区域(PDR),后处理湍流,恒星形成云的流体动力学模拟。我们专注于从原子到分子气体的过渡,特别注意H,C+,C,H2和CO的形成和分布。首先,我们证明了云化学的细节和我们的结论是不敏感的模拟空间分辨率,在云边缘的分辨率,射线角分辨率。然后,我们调查的几何形状和模拟参数对化学丰度的影响,并发现弱依赖于云的形态所规定的重力和湍流马赫数。对于一个均匀的外部辐射场,我们发现类似的分布,使用一维PDR代码。然而,我们证明了一个三维的治疗是必要的空间变化的外部领域,我们警告使用非对称问题的一维治疗。我们将我们的结果与Glover等人(2010)的工作进行了比较,Glover等人使用简化的化学网络自洽地跟踪了流体动力学模拟中分子形成的时间演化。在一般情况下,我们发现很好的协议与这种原位方法的C和CO丰度。然而,在边界区域(Av < 5),温度和H2丰度是不一致的,这是由于两种方法使用的射线数不同。
2013-04-25 astro-ph.GA astro-ph.SR
Assessment of a new sub-grid model for magneto-hydrodynamical turbulence. I. Magnetorotational instability
基于网格的直接数值模拟(DNS)的数值分辨率不足,阻碍了不稳定性驱动的湍流在小尺度(未解决)的发展。作为DNS的替代方案,子网格模型可以在小尺度上再现湍流的影响,因此可以用更少的计算资源来捕获物理效应。提出了一种新的亚网格模型--MHD不稳定性诱导湍流(MInIT)平均场模型。MInIT是一种物理激励模型,基于湍流(Maxwell,Reynolds和Faraday)应力张量的演化及其与磁旋转(MRI)和寄生不稳定性的湍流能量密度的关系,用两个具有刚性源项的偏微分演化方程建模。他们的解决方案允许获得湍流应力张量通过常数系数,将它们连接到能量密度。使用来自MRI in-box DNS的数据并应用过滤操作以将过滤后的数据与来自模型的数据进行比较来评估模型。使用$L_2$ -范数作为比较的度量,我们发现两组数据之间的差异小于一个数量级。没有依赖于过滤器的大小或未解决的尺度的长度尺度被发现,而不是使用梯度模型的结果(我们也使用我们的模型进行对比),其中的$L_2$规范的一些应力随过滤器的大小而增加。我们的结论是,MInIT可以帮助DNS正确捕获小尺度的湍流应力,这对高磁化旋转致密物体的动力学具有潜在的影响,如那些形成在二元中子星合并。
2022-10-05 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.flu-dyn
Synthesizing Spectra from 3D Radiation Hydrodynamic Models of Massive Stars Using Monte Carlo Radiation Transport
观测表明,大多数大质量恒星表面都存在湍流运动。从观测到的谱线宽度远大于热增宽的现象(如微观和宏观湍流)到凌日系外行星巡天卫星测光中的随机低频变率(SLFV)的检测,这些恒星表面明显存在大尺度湍流运动。这种动荡的原因是有争议的,近地面对流区,核心内部重力波,风变率被提出。我们的3D灰色辐射流体动力学(RHD)模型表征了由近表面对流区驱动的表面对流动力学,并与在最明亮的大质量恒星中观察到的SLFV进行了合理的匹配。我们现在探索这些三维RHD模型的复杂发射表面,这强烈违反了平面平行大气的一维假设。用蒙特卡罗辐射输运程序SEDONA对灰色RHD模型进行后处理,合成了恒星光谱,并从单个光球谱线的展宽中提取信息。使用SEDONA能够计算光谱吸收线轮廓的视角和时间依赖性。将不相关的时间快照结合在一起,我们比较了从3D RHD模型的速度场扩展到扩展发射区域的热加宽,表明我们合成的谱线非常类似于从类似发光的恒星观察到的宏观湍流加宽。更一般地说,我们已经开发的新技术将允许系统研究的起源湍流速度加宽从任何未来的三维模拟。
2022-09-29 astro-ph.EP astro-ph.IM astro-ph.SR
Ray-trax: Fast, Time-Dependent, and Differentiable Ray Tracing for On-the-fly Radiative Transfer in Turbulent Astrophysical Flows
针对计算天体物理学中辐射传输的瓶颈问题,本文提出面向GPU的完全可微分3D光线追踪器Ray-trax,支持即时发射-吸收近似、任意频率箱及端到端梯度,经解析解验证高效,可耦合可微分流体求解器并执行逆问题。
2025-11-12 astro-ph.GA astro-ph.IM astro-ph.SR