Different Modes of Star Formation: Gravitational Collapse of Magnetically Subcritical Cloud
利用三维非理想磁流体动力学模拟研究了磁亚临界云中的恒星形成过程。由于快速的云坍缩被抑制,直到磁通量被双极扩散从最初的磁亚临界云中充分去除,形成原恒星需要> 5- 10 t_ff,其中t_ff是初始云的自由落体时标。恒星形成云的角动量在快速坍缩开始之前有效地转移到星际介质,坍缩云具有非常低的角动量。与磁超临界的情况不同,由于第一个核心的寿命很短,在这样的坍缩云中不会出现大规模的低速外流。在原恒星形成之后,一个非常微弱的高速喷流,它的动量很小,可能会在稍后的时间消失,被驱动到原恒星附近,而星周盘在早期的质量吸积阶段不会增长。结果表明,磁亚临界云和磁超临界云中的恒星形成过程有着质的不同。
2017-10-06 astro-ph.GA astro-ph.SR
Evolution of Magnetic Fields in Collapsing Star-forming Clouds under Different Environments
在附近的恒星形成云中,磁场的放大和消散在恒星形成过程中起着至关重要的作用。在星系中,恒星形成的环境因地而异,因时代而异。利用磁流体动力学(MHD)模拟方法,研究了不同环境下恒星形成云中磁场的放大和耗散。我们考虑各种恒星形成环境的金属丰度和电离强度相结合,并准备星前云具有两个不同的质量流量比。我们计算云崩溃,直到原恒星形成使用理想和非理想(包括和排除欧姆耗散和双极扩散)MHD计算调查的演变的磁场。我们总共进行了288次运行,并显示了磁场有效消散的密度范围的多样性,这取决于环境。此外,占主导地位的耗散过程(欧姆耗散或双极扩散)强烈依赖于恒星形成的环境。特别地,对于原始情况,磁场在没有电离源的情况下很少消散,而当周围环境中存在非常弱的电离源时,磁场有效地消散。本研究的结果有助于澄清各种环境中的恒星形成。
2018-01-23 astro-ph.GA astro-ph.SR
Different Modes of Star Formation II: Gas Accretion Phase of Initially Subcritical Star-Forming Clouds
研究了具有初始亚临界质量通量比的磁主导云中恒星形成的吸积阶段。我们采用非理想磁流体动力学模拟,包括双极扩散和欧姆耗散。在星前早期阶段,质量与通量比上升至坍缩的临界值,在此期间,云核的角动量因磁制动而显着减小。一旦原恒星在核心中形成,吸积阶段的特征是在近原恒星环境中存在少量的角动量,但存在大量的磁通量。低的角动量导致一个非常小(甚至不存在)的磁盘和弱流出,而大的磁通量可以导致交换不稳定性,迅速从中心区域删除通量。在坍缩初期的有效磁制动甚至可以导致反向旋转的盘和流出,其中盘和流出的旋转方向与下落包线的旋转方向相反。具有反向旋转盘、微小盘或不存在盘(直接坍缩)的解是独特的结果,它们是在具有初始亚临界质量-通量比的磁主导云的坍缩中实现的。
2020-03-06 astro-ph.GA astro-ph.SR
Molecular Cloud Evolution IV: Magnetic Fields, Ambipolar Diffusion, and the Star Formation Efficiency
研究了在有磁场和双极扩散(AD)存在的情况下,星际介质中会聚的暖中性介质(WNM)流碰撞产生的巨分子云(GMC)的形成和演化,重点研究了形成中的恒星形成率(SFR)和效率(SFE)以及质量磁通比(M2 FR)的演化.我们发现:1)超临界流入流形成的云直接进行坍缩,而亚临界流形成的云首先收缩,然后再膨胀,在数千万年的尺度上振荡。2)我们的模拟套件与初始磁场强度为2,3,和4 $μ\G$表明,只有超临界或边缘临界流导致合理的恒星形成率。3)GMC的M2FR通常是时间的递增函数,其增长率取决于WNM如何将质量添加到GMC的细节。4)M2FR是云中位置的高度波动函数。5)在我们的模拟中,SFE接近平稳性,因为质量以类似的速度添加到GMC,它将质量转换为恒星。在这样一个近似稳定的制度,超临界流体萃取提供了一个代理的超临界质量分数的云。6)我们观察到浮力的低M2FR区域内的重力收缩GMCs的发生,使后者自然地分离成一个高密度,高M2FR的“核心”和一个低密度,低M2FR的“信封”,没有AD的干预。(节录)
2011-01-18 astro-ph.GA astro-ph.SR
Decoupling of Magnetic Fields in Collapsing Protostellar Envelopes and Disk Formation and Fragmentation
有效的磁制动是形成旋转支撑盘(RSDs)的一个可怕的障碍,在磁化致密的核心原恒星周围。我们之前已经通过2D(轴对称)非理想MHD模拟表明,去除非常小的晶粒(VSG:~10 μ m $~$到几个100 μ m)可以大大增强双极扩散并形成RSD。在这里,我们扩展到3D的VSG去除启用磁盘形成的模拟。我们发现,这种情况下的磁盘形成的关键是,磁场的漂移速度几乎抵消了中性粒子的下落速度在$10^2$ - $10^3$ AU尺度的“伪盘”的磁力线是最严重的捏和大部分的原恒星的包络质量的下落发生。结果,大块中性包层物质可以塌缩,而不会将大量磁通量拖到盘形成区域中,这降低了磁制动效率。我们发现,VSG去除启用的初始磁盘往往是托姆雷不稳定的,这导致形成突出的螺旋结构,作为离心屏障。在离心屏障附近堆积的落入物质通常会产生数十个木星质量的致密碎片,特别是在磁化不太强的核心中。一些碎片吸积到中心恒星物体上,产生质量吸积率的爆发。其他的寿命更长,尽管它们是否能长期生存以产生多个系统仍有待确定。我们的研究结果突出了尘埃颗粒演化在确定原恒星盘和潜在的多系统的形成和性质的重要性。
2017-11-16 astro-ph.SR
Protostellar birth with ambipolar and ohmic diffusion
在低质量恒星的形成过程中,角动量的传输是至关重要的;太少的移动和旋转确保了恒星的密度永远不会达到,太多的旋转和缺乏旋转意味着没有原行星盘可以形成。磁扩散被视为解决这一长期问题的途径。我们调查的影响,包括电阻MHD在模拟的引力坍缩的1太阳质量的气体球,从分子云密度的形成的原恒星种子,第二拉森核心。我们使用AMR代码RAMSES进行两个三维模拟塌陷的磁化气体球,包括自引力,辐射转移,和非理想气体状态方程来描述H2离解,导致第二次崩溃。第一次计算是在理想MHD近似下进行的,而在第二次计算中加入了双极和欧姆扩散。在理想的MHD模拟中,磁场主导着第一个核心内部和周围的能量收支,助长了交换不稳定性,并驱动低速外流。高磁制动基本上消除了第二个核心的所有角动量。另一方面,双极和欧姆扩散产生了一个屏障,该屏障防止在第一Larson芯中的磁场放大超过0.1 G,该第一Larson芯现在被完全热支撑。大量的旋转被保留下来,并在第二个核心周围形成一个小的开普勒圆盘。在研究第一和第二核吸积激波的辐射效率时,我们发现它在核的三维表面上可以变化几个数量级。磁扩散是恒星形成的先决条件;它使行星最终形成的原行星盘的形成成为可能,并且在原恒星本身的形成中也起着决定性的作用。
2018-02-01 astro-ph.GA astro-ph.SR
Magnetic Diffusion in Star Formation
磁扩散在恒星形成中起着至关重要的作用。我们追踪它的影响,从星际云规模下降到星盘规模。在这两个尺度上,我们发现,磁扩散可以显着增强的磁场结构中的强梯度的建设。大规模的非线性流动可以产生压缩的云层,其中双极扩散迅速发生。然而,在通量冻结的限制,可能适用于光电离分子云信封,超音速运动可以持续很长一段时间,如果由外部产生的磁场,对应于一个亚临界的质量-通量比驱动。在原恒星吸积的情况下,原恒星附近的快速磁扩散(通过欧姆耗散和双极扩散的额外支持)导致显着的磁通量损失。通过这样做,它还允许形成离心盘,从而避免磁制动灾难。
2010-11-04 astro-ph.GA astro-ph.SR
Disk Formation in Magnetized Clouds Enabled by the Hall Effect
恒星形成于分子云的致密核心中,这些分子云被观察到明显的磁化。动力学上重要的磁场对原恒星盘的形成是一个重大的障碍。最近的研究表明,磁制动是强大到足以抑制形成的旋转支撑盘在理想的MHD极限。非理想的磁流体动力学效应是否能形成磁盘,目前还没有定论。我们进行了第一次研究如何磁盘形成的磁云修改的霍尔效应,探索最少的三个非理想的MHD效应在恒星形成(其他两个是双极扩散和欧姆耗散)。为了说明的目的,我们考虑一个简化的问题,一个非自引力,磁化信封崩溃到中央原恒星的固定质量。我们发现霍尔效应可以使坍缩流的内部旋转到开普勒速度,从而产生旋转支撑盘。该磁盘是通过霍尔感应转矩产生的。只要霍尔系数足够大,即使当包络线最初不旋转时,也会形成圆盘。当磁场方向翻转时,磁盘旋转的方向也反转。这意味着霍尔效应原则上可以在原恒星周围产生规则旋转和反向旋转的圆盘。我们的结论是,霍尔效应是一个重要的因素,考虑在研究角动量演化的磁化恒星形成一般和磁盘的形成,特别是。
2011-01-15 astro-ph.SR
Fragmentation of Dense Rotation-Dominated Structures Fed by Collapsing Gravomagneto-Sheetlets and Origin of Misaligned 100 au-Scale Binaries and Multiple Systems
本研究通过非理想磁流体力学模拟揭示,致密旋转主导结构在引力磁片层供能下碎裂,产生100 au尺度错位双星及多星系统,并强调双极扩散等非理想效应的重要性。
2025-07-10 astro-ph.GA astro-ph.SR
Constraint on ion-neutral drift velocity in the Class 0 protostar B335 from ALMA observations
双极扩散会导致离子和中性粒子之间的速度漂移。这是一个非理想的MHD效应,建议使开普勒磁盘的大小为几十个AU的形成。为了从观测上研究坍缩原恒星包层中的双极扩散,我们比较了由0类原恒星B335中的H13 CO+(3-2)和C18 O(2-1)线追踪的气体运动学与我们的ALMA观测结果。在两条线上都观察到一个中心致密(~1”-2”)分量,该分量垂直于流出方向延伸,并沿流出方向表现出明显的速度梯度,并且很可能追踪下落的扁平包层。我们建立了运动学模型,以适应所观察到的速度结构,并测量在B335的100 AU尺度上的电离和中性气体的下落速度。在半径为100 au处,H_(13)CO ~+和C_(18)O的下落速度均为0.85 ± 0.2 km/s,表明在半径为100 au处,电离气体和中性气体之间的速度漂移最多为0.3 km/s。在B335中,H13 CO+的霍尔参数在100 au尺度上估计为>>1,因此H13 CO+预期附着于磁场。我们的非检测或上限的离子和中性粒子之间的速度漂移可能表明,磁场仍然相当好地耦合到该源中的100 au尺度上的大块中性材料,并且任何显着的场物质去耦,如果存在的话,可能只发生在较小的尺度上,导致磁通量的积累,从而在内部信封中有效的磁制动。然而,由于我们有限的角分辨率,我们不能排除一个显着的双极漂移,只有在中平面的下降包络。未来的观测需要更高的角分辨率(~0.1”)来…
2018-03-27 astro-ph.GA astro-ph.SR
Evolution of Magnetic Fields in High Mass Star Formation: Linking field geometry and collapse for the W51 e2/e8 cores
本文报道了大质量恒星形成区W51 e2/e8的870 $μ$ m连续辐射及其线偏振的观测结果。从线极化图推断,利用亚毫米波阵列(SMA)以0 $\farcs$ 7的角分辨率追踪天空平面中的磁场(B $_{\bot}$)。而以前的角分辨率为3 $\arcsec$(0.1 pc)的BIMA观测显示出均匀的B场,我们揭示的B $_{\bot}$形态是沙漏状的,在超紧凑H II区域e2附近的塌陷核心,也可能在e8。在较低的角分辨率下看到的连续峰附近的偏振的降低显然是由于在较小尺度下的更复杂的结构。在e2中,沙漏状B场形态的挤压方向平行于H53 $α$追踪的电离吸积流平面,这表明大质量恒星是通过类似于低质量恒星的过程形成的,即通过盘吸积,除了所涉及的质量要大得多。此外,我们的发现,解决崩溃的核心在e2和e8位于一个亚临界0.5 pc信封支持的情况下,\textit{magnetic fragmentation}通过双极扩散。因此,我们认为,磁场控制的动态演化的信封和核心在W51 e2和e8。
2009-05-13 astro-ph.SR
The Hall effect in star formation
磁场通过调节坍缩分子云核心的角动量的去除,在恒星形成中起着重要作用。霍尔扩散是已知的重要的磁场行为在许多中等密度和磁场强度遇到的引力坍缩的分子云核心到原恒星,但它在恒星形成过程中的作用还没有得到很好的研究。我们提出了一个半解析的自相似模型的崩溃旋转等温分子云核与霍尔和双极扩散,和相似的解决方案,证明了深刻的影响的霍尔效应的动态崩溃。结果表明,当霍尔扩散系数与双极扩散系数之比在-0.5 <= eta_H / eta_A <= 0.2之间变化时,霍尔参数的大小和符号可以使原恒星盘的大小变化一个数量级,原恒星吸积率变化50%。这些变化取决于磁场相对于旋转轴的方向,并产生一个优选的旋向的解决方案,可以观察到在原恒星的核心,使用下一代仪器,如ALMA。霍尔扩散也决定了束缚伪盘和旋转支撑盘的激波的强度和位置,并可以引入进一步减缓原恒星吸积的子激波。在最初没有旋转的核心中,霍尔扩散甚至可以引起旋转,这可能导致盘的形成并解决磁制动灾难。霍尔效应显然影响了引力坍缩的动力学,它在控制磁场制动和径向扩散方面的作用值得在恒星形成的数值模拟中进一步探索。
2012-01-19 astro-ph.SR
Star Formation and the Hall Effect
磁场通过调节坍缩分子云核心的角动量的去除,在恒星形成中起着重要作用。霍尔扩散是已知的重要的磁场行为在许多中等密度和磁场强度遇到的引力坍缩的分子云核心到原恒星,但它在恒星形成过程中的作用还没有得到很好的研究。本论文描述了一个半解析的自相似模型的崩溃的旋转等温分子云核与霍尔和双极扩散,提出了相似的解决方案,证明了霍尔效应有着深远的影响崩溃的动力学。...霍尔扩散也决定了磁扩散和离心冲击的强度,这些冲击束缚了伪盘和旋转支撑盘,并可以引入子冲击,进一步减缓原恒星的吸积。在最初没有旋转的核心中,霍尔扩散甚至可以引起旋转,这可能导致盘的形成并解决磁制动灾难。霍尔效应显然影响了引力坍缩的动力学,它在控制磁场制动和径向扩散方面的作用值得在未来的恒星形成数值模拟中探索。
2011-10-10 astro-ph.SR
Protoplanetary disk birth in massive star forming clumps: the essential role of the magnetic field
原行星盘是在坍缩的致密核心中通过角动量守恒形成的。在这项工作中,我们进行了第一次模拟的最大分辨率下降到天文单位(au)的原行星盘的形成,通过崩溃的1000个太阳质量块,治疗自相一致的非理想磁流体力学与双极扩散以及辐射转移通量限制扩散近似,包括恒星反馈。使用自适应网格加密程序RAMSES,我们研究了三种模型的磁场对圆盘性质的影响。我们表明,没有磁场,人口占主导地位的大磁盘形成,这是不符合0类磁盘的性质估计从观测。包含磁场通过磁制动导致非常不同的演化。当它被包括在内时,小于50 au的小磁盘约占人口的一半。此外,在这种情况下,大约70%的恒星没有圆盘,这表明我们的分辨率仍然不足以保留较小的圆盘。在双极扩散的情况下,小圆盘的比例也很突出,我们报告了大约0.01-0.1太阳质量的平坦质量分布和典型的圆盘与恒星质量比为~0.01-0.1。这项工作表明,磁场和它的演变起着突出的作用,在设置盘种群的初始属性。
2021-07-18 astro-ph.EP astro-ph.SR
Evidence for disks at an early stage in class 0 protostars?
原恒星盘的形成年代一直存在争议,因为在低质量恒星形成的早期阶段,旋转、湍流和磁场的作用相互竞争。磁流体力学模拟塌陷的核心预测,旋转支撑磁盘可能会形成强磁化的核心,通过双极扩散或旋转轴和磁场方向之间的不对准。需要对各个来源进行详细研究,以交叉检查理论预测。我们在350 GHz处向B1 b-N和B1 b-S提供了0.06-0.1”分辨率的图像,这是年轻的0级原恒星,可能是第一个流体静力学核心。图像已获得ALMA,我们比较这些数据与磁流体力学模拟的崩溃湍流和磁化核心。用ALMA对亚毫米波连续辐射进行了空间分辨。在B1 b-N和B1 b-S方向都探测到了光学厚度为350 GHz的紧凑结构,半径分别为0.2和0.35”(在英仙座距离为230 pc时为46和80 au),在更大的包络内。B1 b-N的致密结构和包层之间的通量比低于B1 b-S,与其早期的演化状态一致。致密结构的尺寸和方向与VANDAM调查中使用甚大阵列获得的0.2”分辨率32 GHz观测结果一致,表明晶粒是通过凝固生长的。紧凑结构的形态,温度和密度与塌陷核心的数值模拟中形成的盘一致。此外,B1 b-N的性质与非常年轻的原恒星的性质一致,可能是第一个流体静力学核心。这些观测结果为低质量原恒星周围的盘的早期形成提供了支持。
2017-09-22 astro-ph.GA astro-ph.SR
Magnetization of cloud cores and envelopes and other observational consequences of reconnection diffusion
Crutcher(2012)最近对分子云中磁场的观测结果似乎与恒星形成的双极扩散理论的预测不一致。这些包括测量到的包层和核心之间的质量通量比下降,未能检测到任何自引力磁亚临界云,总磁场强度的平坦PDF的确定意味着有许多云具有非常弱的磁场,以及观测到的缩放$B \propto ρ^{2/3}$意味着弱磁场的引力收缩。考虑了湍流分子云中的磁场演化问题,讨论了由磁重联介导的磁场扩散过程。对于这个过程,我们称之为“重联扩散”,我们提供了一个简单的物理模型,并解释说,这个过程是不可避免的,鉴于目前的理解MHD湍流。我们解决的问题,预期的磁化的核心和信封在恒星形成的过程中,并表明,重连扩散提供了一个有效的去除磁通量,仅取决于在核心和信封的MHD湍流的属性。结果,在包层坍缩期间捕获的磁通量比捕获在核心中的磁通量释放得更快,导致包层中的场比核心中的场弱得多,如所观察到的。我们提供了简单的半解析模型计算,支持这一结论,并定性地同意与观测结果。我们认为,磁重联提供了一个解决恒星形成的磁通量问题,同意更好地与观测比长期存在的双极扩散范例。
2012-08-02 astro-ph.GA astro-ph.SR
An Early Transition to Magnetic Supercriticality in Star Formation
磁场在星际介质演化和恒星形成中起着重要作用。作为星际磁场强度的唯一直接探测器,由于缺乏合适的塞曼探测器,可靠的塞曼测量仍然稀少,特别是对于冷分子气体。在这里,我们报告的磁场$+$ 3.8 $\pm$ 0.3 $μ$ G的检测通过HI窄自吸收(HINSA)对L1544,一个被充分研究的原型星前核心之间的早期过渡的无星和原恒星阶段的特点是高中心数密度和低中心温度。对类星体HI吸收、HI发射、OH发射和HINSA的塞曼测量结果的综合分析揭示了从原子冷中性介质(CNM)到分子包层的相干磁场。追踪HINSA的分子包络被发现是磁超临界的,与周围的扩散,磁亚临界CNM,尽管在密度上有很大的增加的场强相当。因此,恒星形成所必需的相对于质量的磁通量的减少似乎已经发生在从扩散的CNM到HINSA追踪的分子气体的转变过程中,比经典图片中设想的要早,在经典图片中,磁超临界核心能够坍缩成恒星,形成于磁亚临界包层。
2021-12-23 astro-ph.GA astro-ph.SR
Magnetic Flux Transport by turbulent reconnection in astrophysical flows
MHD湍流在天体物理环境中的作用仍然存在很大争议。贯穿这场辩论的一个重要问题是磁通量的传输。这在恒星形成的背景下尤其重要。当云在引力作用下坍缩形成恒星时,必然存在某种磁通量传输。否则新生恒星的磁场会比观测到的大几个数量级。此外,在恒星形成的后期阶段被拖曳的磁通量可以从原恒星周围生长的吸积盘中移除所有的旋转支持。在恒星形成的不同阶段,经常被用来传输磁场的机制,即双极扩散,其效率最近受到了检验。我们在这里讨论的磁通量传输的另一种机制是基于湍流快速磁重联。我们回顾了最近的结果,从三维MHD数值模拟表明,这种机制是非常有效的去耦和运输磁通量从内部密集的地区的崩溃云的郊区在不同阶段的恒星形成。我们还讨论了这种机制的背景下发电机过程,并推测它可以发挥作用,在太阳发电机和吸积盘发电机过程。
2011-12-20 astro-ph.SR
MHD turbulence-Star Formation Connection: from pc to kpc scales
将磁通量输送到坍缩的分子云外部是恒星形成的必要步骤。虽然双极扩散通常被认为是一个关键的机制,最近有人认为,它可能是不够有效。本文讨论了MHD湍流在恒星形成流中磁通量输运中的作用。特别是,在湍流中的快速磁重联理论的最新进展的基础上,我们将展示三维数值模拟的结果,表明湍流重联引起的磁场的扩散可以是一个非常有效的机制,特别是在云坍缩和恒星形成的早期阶段。最后,我们还将简要讨论在不同的天体物理环境中的连续性恒星形成的联系和反馈:从星系到星系团的规模。
2011-02-25 astro-ph.CO astro-ph.SR physics.flu-dyn
Influence of the magnetic field on the formation of protostellar disks
我们数值模拟了质量为10 $M_{sun}$的磁旋转原恒星云的坍缩。利用二维MHD程序Enlil进行了数值模拟。在坍缩的等温阶段的云的结构进行了研究的情况下,弱,中等,和强的初始磁场。模拟结果揭示了坍缩的原恒星云的普遍层次结构,包括扁平的信封与准静磁盘内和第一个核心在其中心。主盘的大小随云的初始磁能的增大而增大。当云的初始磁能大于其引力能的20%时,磁制动有效地将角动量从主盘输送到包层中。从第一核心的边界附近的区域发射的流出的强度与初始磁能增加。具有小电离分数$x<10^{-11}$的“死”区形成于第一流体静力学核心内部和流出物的底部。欧姆耗散和双极扩散决定了该区域原恒星盘进一步形成的条件。
2022-04-07 astro-ph.GA astro-ph.SR
Diffusion of magnetic field and removal of magnetic flux from clouds via turbulent reconnection
天体物理磁场在湍流存在下的传导流体中的扩散取决于磁场是否能够通过重联改变其在高传导介质中的拓扑结构。最近的进展,在了解快速磁场重联存在的湍流是令人放心的磁场行为在计算机模拟和湍流天体物理环境是相似的,就磁重联而言。我们对湍流介质中磁场扩散的研究揭示了一些有趣的新现象。在存在重力和湍流的情况下,我们的三维模拟显示,随着重力势中心处气体密度的增加,磁通量质量比减小。我们观察到这种效果的情况下,当我们开始与气体和磁场的平衡分布,当我们遵循的崩溃动态不稳定的配置的演变。因此,湍流磁场去除的过程应适用于准静态亚临界分子云和核和剧烈塌缩的超临界实体。重力势的增加以及气体的磁化增加了模拟的饱和最终状态中的质量和磁通量的分离,支持重连使能扩散率将引力场中的磁场+气体系统松弛到其最小能量状态的概念。这种效应预计将在恒星形成过程中发挥重要作用,从最初的星际气体浓缩阶段到最后的吸积阶段,再到形成原恒星。
2010-03-22 astro-ph.GA astro-ph.SR
Protostellar Accretion Flows Destabilized by Magnetic Flux Redistribution
磁通量重新分布是在被磁化到现实水平的分子云的致密核心中恒星形成问题的核心。如果一个典型核心的所有磁通量都被拖进中心恒星,恒星的磁场强度将比观测值高出几个数量级。这个众所周知的“磁通量问题”原则上可以通过非理想MHD效应来解决。二维(轴对称)计算表明,双极扩散,特别是,可以传输磁通量相对于物质向外,使材料进入中心的对象,而不会拖动场线。我们通过模拟表明,这种轴对称的原恒星吸积流是不稳定的三维磁交换不稳定的方位角方向。不稳定性是由进入中心物体的物质重新分配的磁通量驱动的。它通常在恒星形成的星前阶段到原恒星质量吸积阶段的过渡期间开始发展。在后一阶段,磁通量主要通过平流向外输送,通过强磁化的低密度区域,对崩溃流入扩展。引力驱动的坍缩和磁力驱动的膨胀之间的争斗导致了一种非常规的内部吸积流,比以前想象的更无序。通过平流的磁通量的有效向外传输降低了小半径处的场强,使得磁制动效率较低并且原则上更容易形成旋转支撑盘。然而,我们在任何旋转坍缩模拟中都没有发现这种盘的证据。我们的结论是,内部的原恒星吸积流的形状在很大程度上由这种磁交换不稳定性。在这样的环境中,磁盘是如何形成的还不清楚。
2012-05-18 astro-ph.SR
Protoplanetary disk formation from the collapse of a prestellar core
虽然人们普遍认为磁场及其非理想效应在恒星形成过程中起着重要的作用,但由于其简单性,目前在研究星盘组合时仍广泛采用纯流体力学和角动量守恒的简单模型,即所谓的“α-星盘”模型。只有少数努力试图弥合塌陷的星前核心和发达的磁盘之间的差距。本工作的目标是重新组装的原行星盘(PPD),进行三维MHD模拟与双极扩散和充分的辐射转移。我们遵循全球演化的PPD从星前核心崩溃为100 kyr,分辨率为一个AU。形成的磁盘是更现实的,是在协议与最近的观测磁盘周围的0类年轻恒星的对象。的质量通量到达磁盘和磁盘内的径向质量吸积率的测量和分析自相似模型进行比较。表面的质量通量在中心处达到峰值,这意味着大部分落到恒星上的质量不会通过圆盘的中平面。盘的中平面几乎是死的湍流,而上层和盘的外缘是非常动荡。雪线明显比被动盘中的雪线远。我们开发了一种放大的磁共振技术,以快速获得一个合理的磁盘,是高度分层,弱磁化内,强磁化外。在PPD形成的Class-0阶段,盘和下落包层之间的相互作用是重要的,不应被忽视。在恒星上的吸积主要取决于坍缩包层的动力学,而不是详细的盘结构。
2021-03-12 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.SR
Brown Dwarf Formation Through Gravitational Collapse: Insights From 3D Numerical Simulations
本研究通过首个三维辐射磁流体力学模拟,揭示了磁化低质量核心坍缩形成褐矮星的过程,发现其形成机制类似低质量恒星但具有延长的第一核心阶段,支持了类恒星形成场景。
2025-09-15 astro-ph.GA astro-ph.SR
Formation of Dust Rings and Gaps in Non-ideal MHD Disks Through Meridional Gas Flows
环和间隙通常在年轻恒星盘的尘埃连续发射中观察到。以前的研究表明,在磁化的非理想磁流体磁盘的弱电离气体的子结构自然发展。气环有望通过压力梯度诱导的径向尘埃气体漂移捕获大的mm/cm尺寸的颗粒。使用2D(轴对称)MHD模拟,包括双极扩散和尘埃颗粒的三个代表性的大小(1毫米,3.3毫米,和1厘米),我们表明,颗粒确实倾向于径向漂移相对于气体的中心的气体环,在速度远高于一个光滑的磁盘,因为陡峭的压力梯度。然而,它们的空间分布主要是由纬向气体运动控制的,这通常比尘气漂移快得多。特别是,已经在中平面附近沉降的颗粒被快速吸积流快速向内携带到气体环的内边缘,在那里它们被强极向磁场从中平面转移的气流抬起。在我们的模拟中的流动模式提供了一个有吸引力的解释,最近推断在HD 163296和其他磁盘,包括两个“崩溃”的区域,在磁盘表面附近的气体收敛到中平面和磁盘风的湍流。我们的研究强调了与非理想MHD磁盘中的气体子结构形成及其在尘埃中产生环和间隙的关键作用相关的潜在可观察到的非对称流的普遍性。
2022-06-28 astro-ph.EP astro-ph.SR
The effect of extreme ionisation rates during the initial collapse of a molecular cloud core
需要什么样的宇宙射线电离率,才能使坍缩分子云的非理想磁流体动力学(MHD)模拟遵循与理想MHD模拟或纯流体动力学模拟相同的演化路径?为了研究这个问题,我们对旋转的、一个太阳质量的磁化分子云核心的引力坍缩进行了三维平滑粒子非理想磁流体力学模拟,其中包括欧姆电阻率、双极扩散和霍尔效应。我们假设一个均匀的晶粒尺寸为$a_\text{g} = 0.1μ$ m,我们的自由参数是宇宙射线电离率,$ζ_\text{cr}$。我们尽可能地改进我们的模型,直到它们产生第一个流体静力学核心。具有$ζ_\text{cr}\gtrsim10^{-13}$的$^{-1}$的模型与理想MHD模型是不可区分的,并且当考虑最大密度、磁能和最大磁场强度作为时间的函数时,具有$ζ_\text{cr}=10^{-14}$的$^{-1}$的模型的演变与理想MHD模型的演变在1%内匹配;这些结果与$a_\text{g}$无关。需要具有非常低的电离率的模型($ζ_\text{cr}\lesssim10^{-24}$ s $^{-1}$)来接近流体动力学坍缩,并且对于较大的$a_\text{g}$可能需要更低的电离率。因此,它是可能的再现理想的MHD和纯粹的流体动力学崩溃使用非理想的MHD给定适当的宇宙射线电离率。然而,现实的宇宙射线电离率接近两个极限,因此非理想的MHD不能被忽略在恒星形成模拟。
2018-02-13 astro-ph.GA astro-ph.HE astro-ph.SR
Numerical Methods for Simulating Star Formation
我们回顾了理想和非理想磁流体动力学(MHD)的数值技术用于恒星形成模拟的背景下。我们概述了建模恒星形成的环境,这是占主导地位的辐射,自引力流体中的超音速和超Alfvenic湍流所提供的具体挑战。这些条件在物理学和工程学中是相当独特的,并且对数字代码的鲁棒性和准确性造成特别严重的限制。一个引人注目的方面是坍缩流体元素的形成,导致形成代表点状物体的奇点,即原恒星。虽然一些研究试图解决第一和第二拉森核心的形成,分辨率的限制迫使我们使用汇粒子技术,与亚网格模型来计算质量,动量和能量的吸积率,以及它们的喷射率由于辐射和喷流从原恒星。我们讨论了最流行的离散化技术在社会上使用,即光滑粒子流体力学,有限差分和有限体积法,强调保持无发散磁场的重要性。我们讨论了如何估计一个给定的数值格式的截断误差,以及它在设置数值扩散的大小的重要性。这可能会对这些MHD模拟的结果产生强烈影响,其中粘度和电阻率都是在网格尺度上实现的。然后,我们提出了各种数值技术来模拟非理想的MHD效应,如欧姆和双极扩散,以及霍尔效应。这些重要的物理成分在分辨率和时间步进方面构成了巨大的挑战。对于后者,几种策略进行了讨论,以克服由于禁止小的时间步长(删节)的限制。
2019-07-19 astro-ph.GA astro-ph.IM astro-ph.SR