There is no magnetic braking catastrophe: Low-mass star cluster and protostellar disc formation with non-ideal magnetohydrodynamics
我们提出的结果,从第一辐射非理想磁流体动力学(MHD)模拟低质量恒星团簇形成,解决了破碎过程的不透明度限制。我们模拟了50~M的$_\odot$湍流云,初始时被强度分别为临界质量与磁通量比的3、5、10和20倍的均匀磁场穿过,在每种强度下,我们模拟了理想和非理想(包括欧姆电阻率、双极扩散和霍尔效应)的MHD云。湍流和磁场塑造了云的大尺度结构,无论采用理想还是非理想的MHD,都形成了类似的结构。在高密度($10^6 \lesssim n_{\rm H} \lesssim 10^{11}$ ~cm $^{-3}$)下,所有模型都具有相似的磁场强度与密度的关系,这表明致密核中的磁场强度与大尺度环境无关。尽管有限的统计数据,我们没有发现证据的初始质量函数的初始磁场强度的依赖性,然而,恒星形成率降低模型的初始磁场强度增加,例外的是最强的领域的情况下,崩溃主要发生沿场线。在所有的模型中,半径为$\gtrsim 20$ ~au的原恒星盘形成,表明盘的形成取决于气体湍流而不是磁场强度。我们没有发现磁制动灾难的证据,发现磁场并不阻碍原恒星盘的形成。
2019-08-08 astro-ph.GA astro-ph.SR
Effect of Magnetic Braking on the Circumstellar Disk Formation in a Strongly Magnetized Cloud
利用电阻磁流体力学模拟,我们研究了强磁化云中星周盘的形成。作为初始状态,孤立的云核嵌入在低密度星际介质与均匀磁场。云的演化计算直到初始云内几乎所有的气体都落在星周盘或原恒星上,并且一部分气体被星周盘驱动的原恒星流出物喷射到星际介质中。在早期的主吸积阶段,盘的大小被限制在\sim 10 AU,因为角动量的拱星盘是有效地转移的磁制动和原恒星流出。然而,在主吸积阶段的后期,星周盘迅速增长,并在主吸积阶段结束时超过100 AU。星周盘的这种快速增长是由下落包层的耗尽引起的,而当下落包层比星周盘质量更大时,磁制动是有效的。当星周盘的质量大于下落包层时,下落包层不能使星周盘制动。此外,在主吸积阶段后期,原恒星外流减弱并消失,因为外流是由气体吸积到星周盘上提供动力的。虽然在磁化云中形成的星周盘比在非磁化云中形成的星周盘小得多,但即使在强磁化云中也可以形成超过100天文单位的星周盘。
2011-06-05 astro-ph.SR
Signatures of magnetic braking in Class 0 protostars ? Exploring the gas kinematics in magnetized models of low-mass star formation
本研究针对0级原恒星磁制动直接观测证据不足的问题,利用非理想MHD模型与合成观测分析发现,现有观测方法难以定量测量不同磁化强度下的比角动量差异,但速度场对称性与SAM径向剖面特征可作为磁制动强弱的运动学指征。
2024-04-17 astro-ph.GA astro-ph.SR
Protostellar Disk Formation Regimes: Angular Momentum Conservation versus Magnetic Braking
通过整理27颗Class 0和I型原恒星样本并结合文献数据,本研究利用流体动力学和非理想MHD模型计算理论盘半径,发现盘半径在低质量时受流体动力学决定,高质量时受磁制动调控,从而解释了原恒星盘半径的分布特征。
2024-08-22 astro-ph.GA astro-ph.SR
Protostellar collapse: regulation of the angular momentum and onset of an ionic precursor
磁场通过磁制动和原恒星外流的发射,在恒星形成过程中对角动量起着重要的调节作用,直接影响着原行星盘和双星系统的形成和演化。本文的目的是量化这些现象中存在的非理想磁流体力学效应,即欧姆和双极扩散。我们进行三维模拟的原恒星坍缩不同的质量的星前致密的核心,热支持($α$比)和尘埃颗粒尺寸分布。质量主要影响赝盘中的磁制动,而热支持影响吸积速率,从而影响盘的性质。去除小于0. 1 $μ$ m的Mathis,Rumpl,Nordsieck(MRN)分布增强了双极扩散系数。类似于以前的研究,我们发现,这种分布的变化减少了磁盘上的影响的磁制动。资金外流也明显减弱。在这两种情况下,磁制动在很大程度上占主导地位的外流作为一个过程,以消除角动量从他的磁盘。最后,我们报告了外流的大离子前体,其速度为几公里/秒$^{-1}$,这可能是可以观察到的。
2020-09-02 astro-ph.GA astro-ph.SR
Angular momentum loss in the envelope-disk transition region of HH 111 protostellar system: evidence for magnetic braking?
HH 111是一个距离约400 pc的I类原恒星系统,中心源VLA 1与深深嵌入扁平包层中的旋转盘有关。在这里,我们提出了该系统的观测在~ 0.6”(240 AU)的分辨率在C18 O(J=2-1)和230 GHz的连续获得的阿塔卡玛大毫米/亚毫米阵列,并在SO获得的亚毫米阵列。观测结果首次显示了开普勒旋转盘如何在扁平的信封内形成。在C18 O中检测到扁平的包络,从VLA 1源延伸到>~ 2400 AU。它有一个微分自转,其外部(>~ 2000 AU)可以用具有恒定比角动量的自转更好地描述,而最内部(<~ 160 AU)则可以用开普勒自转更好地描述。因此,在这个系统中,旋转支撑的圆盘相对紧凑,这与尘埃连续体观测结果一致。最有趣的是,如果气流处于稳定状态,在从2000 AU到160 AU的圆盘-圆盘过渡区中,比角动量有一个大幅度的下降,下降了约3倍。在由简单的流体动力学核心坍缩形成的盘外,这种减少是不期望的,但是如果核心被显著磁化,则可以自然发生,因为磁场可以被原恒星吸积流的冲压压力捕获在盘外的过渡区域中,这可以导致有效的磁制动。此外,SO冲击辐射检测到周围的外半径的磁盘,并可以跟踪吸积激波周围的磁盘。
2016-05-26 astro-ph.GA astro-ph.SR
The role of magnetic fields in the formation of protostellar discs
摘要:原恒星盘的形成是恒星形成过程中的自然产物。当分子云核心中的气体在自引力作用下坍缩时,气体的角动量会在小尺度上减缓其坍缩,并促进原恒星盘的形成。虽然致密的恒星形成核心的角动量仍然需要充分的观测表征,但现有的数据表明,典型的核心有足够的角动量形成相对较大的旋转支撑盘。然而,观察到分子云被磁场渗透,这可以通过磁制动强烈影响角动量的演化。事实上,在理想的MHD极限下,磁制动已经被证明是如此有效,以至于基本上消除了靠近成形星的材料的所有角动量,从而抑制了盘的形成。这被称为磁制动灾难。必须避免这场灾难,以使所有重要的旋转支撑光盘出现,但何时以及如何发生仍然存在争议。我们回顾了迄今为止提出的决议,重点是未对准、湍流,特别是非理想效应。耗散的非理想效应削弱了磁场,色散项使磁场重定向以促进或阻碍盘的形成。当自洽地应用非理想过程时,至少数十au的旋转支撑盘形成,从而防止磁制动灾难。非理想过程对磁场强度、宇宙线电离率、气体和尘埃颗粒的性质很敏感,因此需要对宿主分子云有全面的了解。因此,在对原恒星盘的形成和演化进行数值模拟时,不能忽略宿主分子云的特性,特别是它的磁场。
2018-12-17 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
On the Role of Pseudodisk Warping and Reconnection in Protostellar Disk Formation in Turbulent Magnetized Cores
在磁场和旋转轴成一直线的非湍流核中,旋转支撑的原恒星盘的形成在理想MHD中被抑制。解决这种所谓的“磁制动灾难”的一个有希望的方法是通过湍流。磁感应盘形成的原因通常归因于磁感应磁重联,这被认为是减少了在盘形成区域中积累的磁通量。我们提出了另一种解释,基于磁耦合触发的重联严重捏场线靠近中央原恒星和磁场诱导翘曲的假盘的加利和舒。这种重联削弱了位于磁通冻结下的磁制动灾难核心的中央分裂磁层。我们表明,通过理想化的数值实验,赝盘可以强烈翘曲,但不完全破坏,由亚音速或音速湍流。翘曲降低了角动量从赝盘中移除的速率,这是由磁力矩和外流引起的,使得更容易形成旋转支撑的盘。更重要的是,伪星盘从形成星盘的赤道面翘曲出来,大大减少了穿过星周形成星盘区域的磁通量,进一步促进了星盘的形成。伪盘翘曲的有益效果也可以通过磁场和旋转轴之间的未对准来实现。这两种机制的磁盘形成,使湍流和磁场旋转错位分别,从而统一。我们发现,在湍流磁化核中形成的盘是相当厚的和显着的磁化。这些研究结果的影响,特别是在L1527推断厚年轻的磁盘,进行了简要的讨论。
2014-08-11 astro-ph.SR
Protostellar Disk Formation Enabled by Removal of Small Dust Grains
它已被证明,一个现实的水平的致密分子云核心的磁化可以抑制形成的旋转支撑盘(RSD)通过灾难性的磁制动在轴对称的理想MHD极限。在这项研究中,我们提出了通过非理想的MHD效应计算自洽从平衡化学网络的RSD的形成条件。我们发现,从标准的MRN分布中删除大量的非常小的颗粒(VSG)的~10 $Å$到几个100 $Å$,占主导地位的大部分中性物质的耦合磁场增加双极扩散率的~1- 2个数量级的密度低于10 $^{10}$ cm $^{-3}$。包层中增强的双极扩散(AD)减少了坍缩拖到星周盘形成区的磁通量。因此,磁制动被减弱,并且可以保留更多的角动量。随着持续的高角动量流入,数十AU的RSD能够形成,生存,甚至尺寸增长,这取决于其他参数,包括宇宙射线电离率,磁场强度和旋转速度。在我们的2D(轴对称)模拟中,一些磁盘变得自引力并演变成环,这些环有可能在3D中分裂成(关闭)多个系统。我们的结论是磁盘形成的磁化核心是高度敏感的化学,特别是晶粒尺寸。在星前阶段或自由落体塌陷期间,适度的颗粒凝聚/生长以去除大量的VSG,可以极大地促进AD并有助于形成数十个AU RSD。
2016-02-08 astro-ph.SR
Disk Formation Enabled by Enhanced Resistivity
磁制动阻碍了磁化云核中圆盘的形成。以前的工作已经表明,对于现实水平的核心磁化,磁场抑制形成旋转支撑盘在原恒星质量吸积阶段的低质量恒星形成无论是在理想的MHD限制和双极扩散的存在下,典型的宇宙射线电离率。其他效应,如欧姆耗散,霍尔效应,和原恒星外流,需要削弱磁制动,使持久的,旋转支持,原恒星盘的形成。在本文中,我们首先证明,经典的微观电阻率是不够大,使磁盘形成本身。然后,我们用一组电阻率的增强值进行实验,范围为$η=10^{17}$- $10^{22}$ cm ^2/s。我们发现,要形成一个100 AU尺度的开普勒圆盘,需要一个$10^{19}$ cm ^2/s量级的值;这个值多少取决于核心磁化的程度。所需的电阻率比经典的微观值大几个数量级。它是否能在原恒星坍缩过程中自然实现还有待确定。
2010-06-04 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Observations of Infalling and Rotational Motions on a 1,000-AU Scale around 17 Class 0 and 0/I Protostars: Hints of Disk Growth and Magnetic Braking?
我们对17颗0级和0/I级原恒星的SMA 1.3 mm连续谱、C18 O(2-1)和12 CO(2-1)线数据进行成像和分析,以研究它们在1,000 AU尺度上的气体运动学。在所有的样本源中都检测到了连续谱和C18 O(2-1)发射,并显示出与原恒星相关的大约600- 1,500 AU的中心主要成分。C18 O(2-1)中的速度梯度具有从平行到垂直于外流方向的宽范围的取向,其量级从~1到~530 km/s/pc。我们构造了一个简单的运动学模型来再现观测到的速度梯度,估计下落和旋转速度,并推断盘半径和原恒星质量。推断的盘半径范围从<5 AU to >500 AU与估计的原恒星质量从<0.1 Msun to >1 Msun。我们的研究结果表明,大,小磁盘可能存在于0级原恒星周围,这可能是一个迹象,磁盘增长在0级阶段。此外,在17个源中的7个中的总体速度梯度的方向接近于垂直于它们的流出轴,这是显著旋转运动的标志。根据我们的模型拟合,这些源的比角动量估计为> 2 E-4 km/s*pc,这表明在这些0级和0/I级源中,磁制动在1,000 AU尺度上不太可能有效。在观测到的磁场方向的子样本中,我们没有发现具有大的特定角动量以及紧密对齐的磁场和流出轴的源。这可能暗示了磁场,如果最初与旋转轴对齐,可以在0级阶段从下落的材料中去除角动量方面发挥作用。我们讨论了我们的研究结果与理论模型相比,在…
2014-12-05 astro-ph.SR
The role of turbulent magnetic reconnection on the formation of rotationally supported protostellar disks
从分子云核中形成原恒星盘的过程仍然没有完全弄清楚。在理想的MHD条件下,典型的嵌入式磁场从盘祖的角动量的去除可能会阻止旋转支撑盘的形成在低质量恒星的主要原恒星吸积阶段。这就是所谓的磁制动问题,研究最多的机制,以减轻这个问题,并帮助消除多余的磁通量在恒星形成过程中,所谓的双极扩散(AD),已被证明是不足以削弱磁制动至少在这个阶段的磁盘形成。在这项工作中,最近的进展,在湍流环境中的磁重联的理解的动机,我们呼吁的扩散磁场介导的磁重联作为一种替代机制,用于消除磁通量。我们在原恒星盘形成的后期阶段数值研究了这种机制,并显示了它的高效率。通过三维MHD模拟,我们表明,这种机制是能够运输磁通量的外围盘祖兼容的时间尺度的崩溃,允许形成一个旋转支持磁盘周围的原恒星的尺寸~100 AU。由于MHD湍流预计将存在于原恒星盘,这是一个自然的机制,以消除磁通量过剩,并允许这些磁盘的形成。这种机制排除了假设欧姆电阻率增加的必要性,如文献中所讨论的。与我们早期的工作表明,磁通量从分子云的核心是非常有效的,这项工作要求重新考虑的相对作用的AD的过程中的恒星和行星形成。
2011-09-16 astro-ph.GA astro-ph.SR
Accretion and magnetic field morphology around Class 0 stage protostellar discs
我们分析模拟湍流,磁化分子云核心集中在0级阶段的原恒星盘的形成和周围的物理条件。我们表明,在广泛的初始条件下,开普勒光盘已在0级阶段形成。特别是,我们表明,即使是亚音速湍流运动降低磁制动效率足以让旋转支撑盘形成。因此,我们认为,已经在0级阶段的开普勒光盘的分数是显着高于50%,与最近的观测趋势一致,但显着高于预测的基础上模拟错位磁场,表明湍流运动的重要性开普勒光盘的形成。我们表明,在原恒星盘周围的质量和角动量的吸积发生在一个高度各向异性的方式,通过一些狭窄的吸积通道。圆盘附近的磁场结构是高度无序的,揭示了高达1000 AU距离的磁场反转。这些研究结果表明,只要包括即使是温和的湍流运动,经典的光盘形成的情况下,相干旋转的环境和有序的磁场打破。因此,基于非湍流崩溃模拟来评估磁制动效率是非常值得怀疑的。我们强烈建议,除了全球磁场属性,小规模的吸积流和详细的磁场结构必须考虑,以评估开普勒光盘的可能性存在。
2014-10-29 astro-ph.GA astro-ph.SR
Early Stages of Protostellar Disk Evolution: A Link to the Initial Cloud Core
University of Western Ontario(韦仕敦大学);Canadian Institute for Theoretical Astrophysics, University of Toronto(多伦多大学加拿大理论天体物理研究所);Max Planck Institute for Astronomy(马克斯·普朗克天文学研究所)
研究原恒星盘早期演化,揭示其稳定性与角动量分布特征,提出自相似模型解释盘演化机制。
2026-02-04 astro-ph.SR
Orbital and Mass Ratio Evolution of Protobinaries Driven by Magnetic Braking
大多数恒星存在于多个系统中,特别是双星系统。双星的形成和早期演化是恒星形成中一个长期存在的问题,尚未完全了解。特别是,在恒星形成核心中观察到的磁场如何塑造双星特征仍然相对未被探索。我们证明了数值,使用ENZO-MHD代码,观察到的强度的磁场可以急剧改变一个二元系统的两个基本量:轨道分离和质量比的两个组件。我们的计算集中在原恒星质量吸积阶段,一对恒星的“种子”已经形成。我们发现,在致密的核心磁化到一个现实的水平,吸积的原双星的气体的角动量大大减少磁制动。与非磁性情况相比,强制动物质的吸积使原二进制分离缩小了一个很大的因素。磁制动也改变了不等质量的原双星的质量比的演变,通过产生低比角动量的气体,优先吸积到主要的,而不是次要的。这与先前发现的原双星从未磁化的外壳吸积到次级上的优先质量吸积形成对比,这往往会使质量比趋于统一。此外,磁场极大地改变了原双星吸积流的形态和动力学。在非磁性的情况下,它抑制了供给原双星的拱星盘和拱双星盘;双星由一个快速坍缩的伪盘供给,而伪盘的旋转被强烈制动。磁制动驱动的向内迁移的二进制文件从他们的出生地点可能会受到高分辨率的观测深嵌入的原二进制文件的轨道分布,特别是ALMA。
2012-11-26 astro-ph.SR
Protostellar Jets Enclosed by Low-velocity Outflows
用三维磁流体动力学模拟方法计算了原恒星形成后\sim 270年的原恒星喷流和外流,其中原恒星和它的母云都是空间分辨的。在盘的内缘附近有一个准直性好的高速(\sim 100 km/s)喷流,而在盘的外缘区域则有一个低速(<10 km/s)的大张开角喷流。高速射流传播到低速出流中,形成嵌套的速度结构,其中窄的高速流被宽的低速流包围。低速出流处于近稳定状态,而高速射流则间歇出现。喷流的时变性与盘到原恒星的幕式吸积有关,这是由引力不稳定性和磁制动和磁旋转不稳定性等磁效应引起的。虽然高速射流具有较大的动能,但其质量和动量远小于低速出流。大部分下落的气体被低速外流喷出。因此,在恒星形成的早期阶段,低速外流实际上比高速喷流有更显著的影响。
2014-11-26 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
Radiation Magnetohydrodynamic Simulations of Protostellar Collapse: Non-Ideal Magnetohydrodynamic Effects and Early Formation of Circumstellar Disks
磁场对角动量的输运是恒星和盘形成和演化的重要物理过程。由于恒星形成云的电离度极低,非理想磁流体动力学(MHD)效应如双极扩散和欧姆耗散在原恒星坍缩过程中发挥着重要作用。这些效应在恒星形成的早期阶段具有重要影响,因为它们重新分配磁通量并抑制磁场的角动量传输。我们进行三维嵌套网格辐射磁流体动力学(RMHD)模拟,包括欧姆耗散和双极扩散。如果没有这些效应,磁场会有效地传输角动量,以至于即使在第二次塌陷之后也不会形成旋转支撑的盘。欧姆耗散仅在第一核心内的相对高密度区域中起作用,并且抑制角动量传输,使得能够在第二塌陷之后形成非常小的旋转支撑盘。在欧姆耗散和双极扩散的情况下,这些效应在第一芯内的几乎整个区域中有效地起作用,并且发生显著的磁通量损失。因此,在原恒星核心形成之前,就已经形成了一个旋转支撑的圆盘。盘的大小仍然很小,在第一个核心阶段结束时约为5 AU,但随着气体吸积的继续,这个盘将在以后增长。因此,非理想MHD效应可以解决所谓的磁制动灾难,同时保持磁盘的大小在早期阶段,这是暗示从最近的干涉观测。
2015-01-16 astro-ph.SR
The Magnetic Field in the Class 0 Protostellar Disk of L1527
我们目前的亚角秒(~0.35”)解决的1.3毫米尘埃偏振的观测从边缘上拱星盘周围的0类原恒星L1527。推断的磁场是一致的,占主导地位的环形形态,有没有显着检测到的垂直极向分量的边缘上磁盘的观测是最敏感的。这表明,在0类原恒星的角动量传输(当大量的材料从信封和吸积到原恒星的磁盘)主要是由磁旋转的不稳定性,而不是磁离心风在50 AU尺度。此外,根据迄今为止的数据,有一个早期的初步趋势,即R>30 AU的磁盘迄今已被发现在0级系统中,平均磁场在1000 AU尺度上与旋转轴严重不对准。在对齐的情况下没有这样的盘可能是由于有效的磁制动破坏了盘的形成。如果是这种情况,这意味着候选0类磁盘系统可以通过平均磁场方向在~1000 AU空间尺度识别。
2014-12-02 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
Magnetic fields in early protostellar disk formation
本文用三维MHD方法模拟了真实湍流分子气体形成吸积盘的过程。特别地,我们分析了Lazarian & Vishniac(1999)模型描述的快速湍流重联对从盘中去除磁通量的影响。通过数值模拟,我们展示了快速重联如何使原恒星盘形成解决所谓的“磁制动灾难”。特别是,我们提供了一个详细的研究动态的0.5 M $_\odot$原恒星和它的磁盘的形成长达数千年。我们测量恒星周围的质量、角动量、磁场和湍流的演化。我们考虑两个过程的影响,强烈影响磁转移的角动量,这两个都是基于湍流重联:第一个,"重联扩散",从磁盘中删除的磁通量,其他涉及的磁场的拓扑结构的变化,但不改变的绝对值的磁通量通过磁盘。我们证明,对于第一种机制,湍流导致的磁通量运输向外从内部磁盘的环境介质,从而减少磁盘的耦合到周围的材料。通过将磁场的拓扑从分裂的双极配置改变为偶极配置来实现类似的效果。我们探讨了这两种机制如何防止盘角动量的灾难性损失,并将上述湍流重联机制与文献中的其他机制进行了比较。
2016-03-08 astro-ph.SR
Formation and evolution of protostellar accretion discs. II. From 3D simulation to a simple semi-analytic model of Class 0/I discs
我们使用三维辐射非理想磁流体动力学(MHD)模拟来研究年轻的原恒星盘从磁化的前星核的形成和演化。模拟涵盖了原恒星形成后的第一个${\sim}10~{\rm kyr}$,并显示了一个巨大的,弱磁化的圆盘,半径最初增长,然后在${\sim}30~{\rm au}$饱和。盘是重力不稳定的突出的大幅度螺旋臂。我们利用我们的模拟结果和一系列物理论据,从几个方面构建了0/I类原恒星盘演化的预测性和定量物理图像,包括(i)盘中角动量的重新分配,由重力不稳定性自我调节,使大部分盘边缘不稳定;(ii)盘的热剖面,很好地近似于辐射冷却和吸积加热之间的平衡;以及(iii)由非理想磁扩散调节的盘内部的磁场强度和磁制动率。利用这些物理见解,我们建立了一个简单的1D半解析模型的光盘的演变。我们表明,这个一维模型,当耦合到一个计算成本低廉的模拟周围的伪盘的演变,可以可靠地用于预测光盘的演变在0/I类阶段。预测的椎间盘尺寸的长期演变,在${\sim}30~{\rm au}$达到饱和并最终缩小,与最近对0/I类椎间盘的观察调查一致。这种层次化的光盘演化模型规避了通过0/I类阶段直接,数值收敛模拟跟踪光盘演化的计算困难。
2021-09-15 astro-ph.SR
Non-ideal MHD and protostellar feedback effects on disc formation and evolution in numerical simulations of star cluster formation
University of Texas at Austin(德克萨斯大学奥斯汀分校);Flatiron Institute(西蒙斯平顿研究所);California Institute of Technology(加州理工学院)
本研究通过GIZMO与STARFORGE框架的数值模拟,对比理想/非理想MHD及喷流反馈对星团形成中盘演化的影响,发现磁制动无法抑制盘形成,喷流反馈会增加碎裂并降低恒星质量。
2026-08-21 astro-ph.GA astro-ph.SR
The Circumbinary Outflow: A Protostellar Outflow Driven by a Circumbinary Disk
原恒星外流在单恒星的形成中起着不可或缺的作用,因为它们从收缩的气体云中心带走了多余的角动量,并允许进一步坍缩形成恒星。另一方面,相当一部分恒星被认为是以双星的形式诞生的,并且经常被观测到。在这里,我们调查的磁化旋转云的演变,使用三维电阻MHD嵌套网格代码,并表明外流是由circumbinary磁盘驱动,并有一个重要的作用,即使在二进制的形成。在坍缩云核的绝热核形成之后,磁通量被欧姆耗散从云核中心显著地移除。由于这种移除使得磁制动无效,绝热核心连续地获得角动量以诱导碎裂和随后的二进制形成。磁场在环双星盘中积累,在环双星盘中磁场的吸积和吸移达到平衡,最终驱动环双星外流。这一结果解释了一些特殊的年轻恒星天体,如L1551 IRS5的壮观形态。我们可以推断,低密度示踪剂观察到的大部分双极分子流出(即,CO)将对应于本报告中发现的环绕双星或环绕多星流出,因为大多数年轻的恒星物体被认为是双星或多星。
2009-07-19 astro-ph.SR
Formation and evolution of protostellar accretion discs. I. Angular-momentum budget, gravitational self-regulation, and numerical convergence
利用非理想磁流体动力学(MHD)模拟方法,包括双极扩散和欧姆耗散,研究了从磁化的前恒星核到原恒星盘的形成和早期演化。在双极扩散将磁场从主要的中性气体中分离出来之后,前恒星核心的动力学收缩最终导致了第一个流体静力学核心的形成。流体静力学核心从下落的物质中积累角动量,演变成一个旋转支撑的环面;这个“第一个流体静力学环面”然后形成一个吸积的原恒星和一个旋转支撑的圆盘。由于引力的不稳定性,圆盘向外扩展,在原恒星形成后$\sim$ 3 kyr时,直径达到$\sim$ 30 au。原恒星盘系统的总质量和角动量主要是由下落的伪盘中的气体吸积决定的,由于磁制动,伪盘具有较低的比角动量;它们通过外流和盘磁制动从原恒星盘系统中移除是可以忽略的,部分原因是那里的磁场耦合很差。原恒星-盘系统内角动量的重新分配主要是由引力不稳定性促成的;这使得即使下落物质的比角动量很低,也能形成相对较大的盘。我们认为,这样的光盘应该保持轻微的不稳定,因为他们的增长(与Toomre $Q\sim 1$ - $2$),一个想法,这是广泛的0/I类光盘最近的观察估计一致。我们讨论了我们的结果的数值收敛性,并表明,适当地处理内边界条件是至关重要的,以可接受的计算成本实现收敛。
2021-02-01 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.SR
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
Cosmic-ray propagation at small scale: a support for protostellar disc formation
只要磁场保持冻结在气体中,磁制动就能阻止原恒星盘的形成。这个条件从属于表征坍缩云最里面部分的电离分数。电离水平由能够到达这些区域的宇宙射线的数量和能量确定。采用我们以前研究中发展的方法,我们计算了宇宙射线如何衰减为柱密度和磁场强度的函数。我们应用我们的形式主义低质量和高质量的恒星形成模型得到的数值模拟的引力坍缩,包括旋转和湍流。一般来说,我们发现,气体和磁场之间的解耦,条件允许崩溃进行,发生时,宇宙射线衰减考虑到相对于宇宙射线电离率保持恒定的计算。我们还发现,去耦区的程度也取决于尘埃颗粒的大小分布,如果大颗粒(半径约0.1微米)形成的压缩和凝聚过程中的云崩溃是更大的。由于湍流引起的磁场扩散,高质量情况下的去耦区域消失,并且不包括在低质量模型中。我们推断,在云的崩溃过程中的宇宙射线传播的同时研究可能会导致的气体电阻率值在最里面的几百个AU周围的形成原恒星是高于一般假设。
2015-03-23 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
Impact of Magnetic Braking on High-mass Close Binary Formation
结合数值模拟和分析建模,我们调查是否密切的二元系统形成的磁制动的影响。利用磁流体动力学模拟,我们计算了云的演变与一个汇,我们没有解决的二元系统或二元轨道运动,以实现长期的时间积分。然后,我们用模拟得到的吸积质量和角动量解析地估计了双星的分离。在未磁化的云中,形成间距大于100 au的宽双星系统,其中双星间距在主吸积阶段继续增加。相比之下,距离小于100金的密近双星系统可以在磁化云中形成。由于磁制动的效率很大程度上取决于磁场的强度和结构,它们也影响着密近双星的形成条件。此外,原恒星外流对密近双星的形成有负面影响,特别是当星前云的旋转轴与全球磁场对齐时。外流中断了具有小角动量的气体的吸积,这些气体被从云中排出,而具有大角动量的气体优先从外流的一侧落在二元系统上,并扩大了二元分离。这项研究表明,具有不平行于旋转轴的磁场的云是形成密近双星系统的有利环境。
2021-09-24 astro-ph.GA astro-ph.SR
How External Medium outside Prestellar Cores Affects Protostellar Growth: Variations in Accretion Rate and Evolution of Disks and Outflows
该研究通过三维电阻磁流体动力学模拟,发现前恒星核外部介质密度会调控原恒星质量生长、星周盘与外流演化及角动量输运,揭示了致密环境下恒星形成效率更高等规律。
2025-10-28 astro-ph.GA astro-ph.SR
Protostellar collapse: radiative and magnetic feedbacks on small scale fragmentation
辐射转移和磁场对星前致密核的坍缩和碎裂都有很强的影响,但在这样的尺度上还没有一致的计算。我们提出了原始AMR计算,包括磁场(在理想的MHD极限)和辐射转移,在通量限制扩散近似下,1太阳质量的致密核心的崩溃。我们比较的结果与正压EOS进行计算。研究表明,辐射转移通过冷却或加热气体对坍缩和碎裂产生重要影响,并与磁场相互补充。更大的磁场产生更强的磁制动,增加吸积率,从而增加辐射反馈的效果。即使是在磁场主导坍缩动力学的强磁化核中,辐射转移对于确定温度和光学深度分布也是至关重要的,这是两种可能的观测诊断。正压EOS不能解释实际的碎裂。数值方案的扩散,但是,被发现强烈影响输出的崩溃,最终导致虚假的碎片。在恒星形成的数值计算中,必须同时考虑辐射转移和磁场,以获得真实的坍缩构型和可观测的特征。然而,数值分辨率和求解器的鲁棒性是获得可靠结果的首要因素。当使用一个精确的求解器,碎片被发现总是保持抑制的磁场,至少在理想的MHD限制,即使辐射转移包括在内。
2009-12-17 astro-ph.SR
Discs, outflows, and feedback in collapsing magnetized cores
低质量恒星形成的前星核通常磁化良好。我们的模拟表明,早期的原恒星盘是巨大的,并经历了强大的磁制动和原恒星外流形式的磁矩。原恒星盘形成的模拟表明,这些扭矩是强大到足以抑制一个旋转支撑的结构,形成近临界值的质量流量。我们证明,通过使用一个三维自适应网格细化代码-包括冷却,下沉粒子和磁场-一个产生瞬态1000 AU光盘,同时产生大的流出离开核心区域,带走质量和角动量。早期的流入/流出速率表明,只有一小部分的质量是在最初的磁塔/喷流事件损失。
2010-09-22 astro-ph.GA astro-ph.SR physics.comp-ph
Magnetic Flux Expulsion in Star Formation
恒星形成于磁化分子云的致密核心。如果穿过核心的磁通量被拖进恒星,恒星场将比观测到的强几个数量级。这个众所周知的“磁通量问题”要求大部分核心磁通量与进入恒星的物质脱钩。我们进行了第一次探索发生了什么事解耦磁通量在3D中,使用的ENZO自适应网格细化代码的MHD版本。场物质解耦是通过一个汇粒子处理,这是需要遵循恒星形成的原恒星吸积阶段。我们发现,在吸积原恒星附近的去耦通量的积累导致磁压的建立。高压沿着阻力最小的路径各向异性地释放。它驱动一个低密度的扩展区域,在该区域中,去耦的磁通量被排出。这种能够产生磁场的磁结构以前从未在恒星形成的3D MHD模拟中见过。它在原恒星吸积流中产生了强烈的不对称性,可能会给恒星带来一个反冲。在存在初始芯旋转的情况下,除了磁制动之外,该结构通过充当防止旋转气体完成围绕中心物体的完整轨道的刚性磁壁而对旋转支撑盘的形成构成障碍。我们的结论是,从恒星物质的解耦磁通量可以强烈地影响原恒星的坍缩动力学。
2011-05-28 astro-ph.SR
Radiative, magnetic and numerical feedbacks on small-scale fragmentation
辐射反馈和磁场被认为对原恒星坍缩有很强的影响。本文对质量为1个太阳的致密核在固体自转中的坍缩过程进行了高分辨率的数值计算,包括辐射转移和磁场。利用低质量核的典型参数,深入研究了辐射转移和磁场对第一核形成和碎裂的影响。我们表明,包括上述两个物理过程并不对应于简单的图片,分别添加它们。通过磁制动和吸积激波的辐射,两者之间的相互作用非常强烈。
2010-11-25 astro-ph.SR
Turbulence, Accretion Braking Torques and Efficient Jets Without Magnetocentrifugal Acceleration: Core Concepts
我讨论三个相互支持的概念或假设有关的飞机和吸积。第一个是磁离心加速(MCA),在大多数稳定的吸积系统中产生喷流的压倒性优势机制。二是零转矩内边界条件。第三是有效的粘性耗散就像真实的耗散,直接导致加热。这三个假设以一种简单、有说服力和相互一致的方式很好地结合在一起。我认为,所有这些都是不正确的。为了具体起见,我把重点放在原恒星上。吸积中的磁流体动力学(MHD)湍流不是能量的汇,而是一个水库,能够直接有效地做机械功,而不仅仅是通过欧姆(“粘性”)加热。湍流能量的平流降低了有效辐射效率,并可能有助于解决边界层发射缺失的问题。角动量的问题,即吸积旋转的原恒星解体,是解决允许直接粘性耦合到原恒星,允许更大的能量沉积到吸积流比其他可能。这不是进入热,而是进入一个动荡的,纠缠的,有浮力的环形磁场。我认为,既没有角动量的问题,也没有效率的问题,MCA需要解决。此外,湍流磁场具有足够的能力,不仅能够准直气体,而且能够加速气体,首先通过张力径向向内,然后通过压力垂直地加速,而不需要任何MCA机制。因此,我认为,喷流,特别是最强大和准直的原恒星喷流,不是磁离心驱动的。
2018-03-16 astro-ph.HE astro-ph.SR
No impact of core-scale magnetic field, turbulence, or velocity gradient on sizes of protostellar disks in Orion A
我们比较的大小和流量的样本的原恒星盘在猎户座A测量的ALMA 0.87毫米连续数据从VANDAM调查的物理性质,其周围环境的核心尺度为0.6 pc的GBT气体NH3和JCMT SCUPOL偏振数据估计。我们没有发现任何显着的磁盘半径和连续通量上的核心规模,如非热线宽,磁场的方向和强度,或幅度和方向的速度梯度上的一个单一的参数的依赖。在这些参数中,我们只发现了速度梯度的大小和非热线宽之间的正相关关系。因此,观察到的速度梯度更可能与湍流运动有关,而不是大尺度旋转。我们的结果没有明确的依赖这些参数的磁盘半径是更一致的期望从非理想的磁流体力学模拟的磁盘形成坍缩的核心,其中磁盘的大小是自我调节的磁制动和扩散,相比其他模拟只包括湍流和/或磁场与旋转轴错位。因此,我们的结果可能暗示非理想磁流体效应在盘的形成中起着更重要的作用。然而,我们不能排除在一个星团的动力学相互作用或在核心尺度上的角动量的量,这不能探测与现有的数据对所观察到的磁盘大小分布的影响。
2021-05-31 astro-ph.GA astro-ph.SR
No Keplerian Disk >10 AU around the Protostar B335: Magnetic Braking or Young Age?
我们已经在1.3 mm连续谱和C18 O(2-1)和SO(5_6-4_5)谱线上对0级原恒星B335进行了ALMA第2周期观测,分辨率约为0.3”。1.3 mm连续谱、C18 O和SO发射都显示出中心致密组分,其尺寸为~40-180 AU,在更广泛的组分中。C18 O成分显示出下落和旋转运动的迹象。通过拟合简单的运动学模型的C18 O数据,原恒星的质量估计为0.05 Msun。在100 AU尺度上,比角动量为~4.3E-5 km/s*pc。一个类似的比角动量,~3E-5至5E-5 km/s*pc,是在10 AU尺度上从中央SO分量观测到的速度梯度测量的,并且在SO发射中没有明显的下落运动迹象。通过比较下落运动和旋转运动,我们的ALMA结果表明,观察到的旋转运动尚未达到100 AU甚至10 AU尺度上的克卜勒速度。因此,B335中开普勒圆盘的半径(如果存在的话)预计为1-3 AU。B335的圆盘半径比其他0类原恒星周围的开普勒圆盘小一到两个数量级。根据观测到的0.1秒差距到100天文单位尺度的下落和旋转运动,有两种可能的情况来解释B335中存在这样一个小开普勒盘:磁制动和年轻。如果我们的发现是磁制动的结果,那么在1000 AU尺度内下落物质的角动量的约50%可能已经被移除,并且在1000 AU尺度上的磁场强度估计为约200 uG。如果是年轻的,则B335的坍缩半径约为2700 AU,…
2015-09-15 astro-ph.GA astro-ph.SR
The Interplay between Ambipolar Diffusion and Hall Effect on Magnetic Field Decoupling and Protostellar Disc Formation
非理想MHD效应是避免磁制动“灾难”和促进原恒星盘形成的重要机制。然而,决定非理想MHD效应效率的磁扩散率对微观物理高度敏感。我们利用非理想MHD模拟研究了原恒星坍缩过程中微物理对盘形成的影响以及双极扩散和霍尔效应之间的相互作用。我们发现,从标准MRN尺寸分布中去除最小的颗粒群($\lesssim$ 10 nm)足以使光盘形成。进一步改变晶粒尺寸可以导致霍尔主导或AD主导的崩溃;无论磁场极性如何,两者都形成数十AU大小的圆盘。在霍尔主导的坍缩中,盘的旋转方向是双峰的,而在AD主导的坍缩中,盘的旋转方向是单峰的。我们还发现AD和霍尔效应在径向和方位角方向上都可以相互作用,但AD和霍尔效应的组合效应是相对于下落的包络物质径向向外移动磁场。此外,微观物理和磁场极性都可以在可观测物上留下深刻的印记(例如,外流形态,盘恒星质量比)和原行星盘的磁场特征。包括霍尔效应放宽了对盘形成的微观物理要求,因此宇宙射线电离率为$\lesssim$ 2- 3 $\times10^{-16}$ s $^{-1}$的星前核仍然可以形成半径为$\lesssim$ 10 AU的小盘。我们的结论是,光盘的形成应该是比较常见的典型的星前核心条件,在原恒星信封的微观物理是必不可少的,不仅光盘的形成,但也原行星盘的演变。
2020-09-16 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.SR
Effect of Magnetic Misalignment on Protobinary Evolution
大多数太阳型恒星存在于多个系统中,特别是双星系统。它们形成于分子云的致密核心,被观察到被显著磁化。我们以前的研究表明,在原恒星质量吸积阶段,磁制动可以通过去除吸积物质的角动量来收紧双星分离。最近对单个恒星形成的数值计算表明,磁场和旋转轴之间的不对准可能会削弱磁制动和相关的磁驱动外流。这两种效应使得即使在强磁化的磁芯中也能形成磁盘。在这里,我们研究了磁场失调对原双星性质的影响。有些令人惊讶的是,与对齐的磁场相比,未对齐的磁场在收紧双星轨道方面更有效。其主要原因是,这种错位削弱了磁力驱动的外流,从而使更多的物质吸积到双星上。即使这种内部材料的比角动量高于对齐的情况,它也不足以补偿额外的质量。这个结果的一个推论是,当磁场相对于旋转轴倾斜时,需要较弱的磁场来实现相同程度的向内迁移。大的磁场失准也有助于产生旋转支撑的环双星盘,即使是相对较强的磁场,通过削弱接近双星的磁主导结构。我们的结果可能提供了一个解释,在最近的SMA和ALMA观测发现的环双星盘。
2013-08-04 astro-ph.SR
Dust evolution during the protostellar collapse: influence on the coupling between the neutral gas and the magnetic field
本文通过 shark 单区模拟研究原恒星坍缩中尘埃尺寸分布演化对磁电阻率的影响,发现小颗粒早期凝聚导致双极电阻率异常偏高,并提出静电排斥和颗粒间侵蚀是降低电阻率、缓解与原行星盘观测矛盾的关键机制。
2024-06-11 astro-ph.EP astro-ph.GA 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
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
Protostellar disk formation and transport of angular momentum during magnetized core collapse
对坍缩云的理论研究发现,即使是相对较弱的磁场(B)也可能阻止盘的形成和碎片化。然而,大多数以前的研究都局限于B和云的旋转轴对齐的情况。我们研究了在非对准初始组态和一定磁场强度范围内的角动量输运及其对盘形成的影响。我们进行三维AMR MHD模拟磁超临界崩溃致密的核心使用的代码Ramses。我们计算的贡献的过程中传输角动量(J),在包络和区域的磁盘。我们清楚地定义了什么可以被定义为离心支撑的磁盘和研究他们的属性。与先前的分析不同,我们发现J的输运在具有非对齐旋转轴和B的坍缩核中的作用效率较低。从分析上讲,这个结果可以通过考虑在引力坍缩期间发生的磁力线弯曲来理解。对于运输的J,我们得出结论,磁制动的平均方向B往往占主导地位的引力和外流运输的J。我们发现,大规模的磁盘,包含至少10%的初始核心质量,可以形成在恒星形成的最早阶段,即使是小的质量-通量比为3至5倍的临界值。在更高的场强下,阻止了大质量盘的早期形成。考虑到I类盘的普遍存在,并且由于大质量盘的早期形成可以在中等磁场强度下发生,我们推测,对于更强的磁场,盘将在稍后形成,此时大部分外壳将被吸积。此外,我们推测,一些观察到的早期大规模磁盘实际上可能是外流腔,误为磁盘的投影效应。(摘要的摘要版本)。
2012-05-29 astro-ph.GA astro-ph.SR
Modeling disks and magnetic outflows around a forming massive star: I. Investigating the two layer-structure of the accretion disk
像它们的低质量兄弟姐妹一样,大质量原恒星可以预期:a)被星周盘包围,b)发射磁驱动的喷流和外流。因此,盘的形成和全球演化是由大尺度的角动量平流、磁制动的效率和介质的电阻率以及盘的内部热压力和磁压力控制的。我们进行了一系列的30个模拟的大质量恒星形成的引力坍缩的分子云线程由一个初始均匀的磁场,从不同的值的云的质量,其初始密度和旋转配置文件,其旋转能量的内容,磁场强度,和电阻率的材料。气体和尘埃的模拟采用电阻磁流体动力学方法,同时考虑了热辐射和自重力的辐射输运。在引力坍缩主导的初始下沉阶段之后,形成了一个吸积盘,紧接着是磁驱动的外流。在吸积盘中可以区分出两层:一层是由热压力垂直支撑的薄层,另一层是由磁压力垂直支撑的厚层。在我们的基准情况下,我们观察到磁制动的影响,在磁盘的内部~50金在晚些时候。参数研究表明,盘的大小主要是由初始质量库的密度和旋转轮廓,而不是由磁场强度。磁压可以稍微增加吸积盘的大小,而磁制动在吸积盘的最里面部分比外盘更相关。从参数的研究中,我们推断多个初始条件的引力坍缩的开始能够产生一个给定的磁盘大小和原恒星质量。
2022-10-31 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
Conditions for Circumstellar Disk Formation: Effects of Initial Conditions and Sink Treatment
用三维磁流体动力学模拟研究了坍缩云核中星周盘的形成。我们准备了四种类型的初始云具有不同的密度分布和计算它们的演变与或没有一个汇。为了研究磁耗散对盘形成的影响,在一些模型中考虑了欧姆耗散。计算表明,盘的形成对云的初始构型和汇的处理都很敏感。即使初始云具有几乎相同的质量通量比,具有不同密度剖面的云的盘大小也有很大的不同。只有一个非常小的磁盘(\sim 10 AU大小)出现在具有均匀密度轮廓的云中,而一个大磁盘(\sim 100 AU大小)形成在具有Bonnor-Ebert密度轮廓的云中。此外,一个大的下沉吸积半径数值上阻碍磁盘的形成过程中的主要吸积阶段,并往往促进误导的概念,磁盘的形成是完全抑制磁制动。原恒星外流也很大程度上受汇的性质。研究主吸积阶段盘的形成需要\lesssim 1 AU的吸积汇半径和\gtrsim 10^ 13 cm^-3的吸积汇阈值密度。
2013-07-06 astro-ph.SR
Early evolution of disk, outflow, and magnetic field of young stellar objects: Impact of dust model
利用三维非理想磁流体动力学方法研究了低质量年轻恒星的形成和早期演化。我们研究了在原恒星形成后约10^4年内YSO的演化,此时原恒星质量达到约0.1 M_ \odot。我们特别关注尘埃模型对演化的影响。我们发现,一个拱星盘形成在所有的模拟,无论尘埃模型。在原恒星形成时期,星盘的大小约为10个天文单位,在原恒星形成后约10^4年,星盘的大小增加到几十个天文单位。盘的质量与中心原恒星的质量相当,引力不稳定性发展。在模拟中,小尘埃的大小,伪盘的翘曲发展约10^4年后,原恒星形成。翘曲加强了磁盘中的磁制动并减小了磁盘尺寸。当尘埃粒子的典型尺寸为\gtrsim 0.2μm,原恒星(加上盘)质量为M \gtrsim 0.1 M_ \odot时,在下落包层中可以发生离子中性漂移.出流活动与尘埃粒子大小成反相关关系,强出流出现在小尘埃粒子上。
2020-06-30 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.SR
Hall effect-driven formation of gravitationally unstable discs in magnetized molecular cloud cores
我们证明了在磁化分子云核中形成重力不稳定盘,初始质量与通量比为临界值的5倍,有效地解决了磁制动灾难。我们利用欧姆电阻率、双极扩散和霍尔效应以及$ζ_\text{cr} = 10^{-17}$ s $^{-1}$的正则宇宙线电离率来模拟引力坍缩直至恒星核心的形成。当磁场和旋转轴初始对准时,在第一芯相之后形成$\lesssim1$ ~Au盘,而当磁场和旋转轴反向对准时,在第一芯相期间形成引力不稳定的25~Au盘。对准模型发射了3 km s的$^{-1}$第一核外流,而反对准模型仅发射了弱的$\lesssim 0.3$ km s $^{-1}$第一核外流.定性地,我们发现,模型与$ζ_\text{cr} = 10^{-17}$的$^{-1}$是类似于纯流体动力学模型,如果旋转轴和磁场最初是反对齐的,而它们是定性地类似于理想的磁流体动力学模型,如果最初对齐。
2018-08-13 astro-ph.GA astro-ph.SR
Highly Ordered and Pinched Magnetic Fields in the Class 0 Proto-Binary System L1448 IRS 2
我们已经进行了极化观测与阿塔卡马大型毫米/亚毫米阵列(ALMA)对0类原恒星系统L1448 IRS 2,这是一个原二进制嵌入在一个扁平的,旋转的结构,并为其中一个暗示的中央磁盘已被建议,但其磁场与双极流出的云核尺度。我们的高灵敏度和高分辨率($\sim 100$ au)的观测结果表明,一个明确的沙漏状磁场形态的原恒星系统为中心,但中央模式是一致的环向场指示一个拱星盘,虽然其他的解释也是可能的,包括场线拖动赤道吸积流到一个配置平行于中平面。如果确实存在相对较大的盘,则表明在该系统中避免了磁制动灾难,不是通过磁轴和旋转轴之间的大的不对准,而是通过一些其他机制,例如非理想的磁流体动力学效应和/或湍流。我们还发现了偏振分数随强度的减小的关系,并且这种关系的各种斜率可以被理解为多个偏振机制和/或来自变化的场形态的去偏振。此外,我们发现一个突出的cloudrone去极化带穿过中心垂直于双极流出。此外,粗略估计的磁场强度表明,该领域是强大到足以阻碍形成的旋转支撑盘,这是不一致的中心环向场的特征。
2019-05-28 astro-ph.GA astro-ph.SR
The Earliest Stages of Star and Planet Formation: Core Collapse, and the Formation of Disks and Outflows
在这篇综述中,我们重点介绍了早期盘和外流形成的观测和理论,以及它们与行星形成第一阶段的联系。大型旋转支撑的拱星盘,虽然常见于更演化的年轻恒星周围,但在最早的“0级”阶段很少被发现;然而,最近在低质量和高质量的原恒星周围发现了一些优秀的候选者。在这个早期阶段,普遍观察到显著的外流;预计它们至少与小的磁化盘有关。磁盘的形成-曾经被认为是一个简单的结果,角动量守恒的流体动力学核心崩溃-是更加微妙的磁化气体。在这种情况下,旋转可以被强磁性制动。事实上,无论是分析参数和数值模拟表明,磁盘的形成被抑制在严格的理想磁流体动力学(MHD)的限制所观察到的核心磁化水平。我们回顾什么是已知的这种“磁制动灾难”,可能的方法来解决它,以及目前的状态,早期磁盘的意见。外流也与磁盘的形成密切相关;它们是磁场和旋转的自然产物,是恒星形成的重要标志。我们回顾了PPV以来早期外流产生的新进展。早期盘和外流的性质是行星形成的早期阶段的一个关键组成部分,我们回顾这些主要的联系。
2014-01-10 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
Magnetic fields during the early stages of massive star formation - I. Accretion and disk evolution
我们在大质量恒星形成的背景下对100 M_ \sun质量核的坍缩进行了模拟。详细研究了初始转动能和磁场能的变化对大质量恒星形成的影响。我们专注于吸积率和问题,在何种条件下,大规模的开普勒磁盘可以形成在非常早期的大规模原恒星的演化阶段。为了这个目的,我们进行了12个模拟不同的初始条件,在参数空间中的一个很宽的范围内延伸。在理想磁流体力学的假设下求解了磁流体力学方程。我们发现,开普勒盘的形成在非常早期的阶段被抑制的质量流量比归一化到临界值μ低于10,在一系列低质量恒星形成模拟一致。这是由于非常有效的磁制动导致几乎瞬间从磁盘上删除角动量。对于弱磁场,对应于μ> 10,大规模的,离心支撑的磁盘建立半径超过100 AU。稳定性分析显示,这些圆盘受到磁场的引力扰动的支撑,倾向于形成单个恒星,而不是多个物体。我们发现原恒星的吸积速率为几个10^-4 M_ \sun yr^-1的量级,考虑到初始条件覆盖的范围很大,不同模拟之间的吸积速率仅相差约3倍。我们把这一事实归因于磁场的两种相互竞争的效应。一方面,磁制动通过从盘中移除角动量从而降低离心支撑以对抗重力来增强吸积。另一方面,磁压力和磁张力的组合效应通过对盘中的气体施加向外的力来抵消重力,从而减少了对原恒星的吸积。
2011-08-10 astro-ph.GA astro-ph.SR
Moving-mesh non-ideal magnetohydrodynamical simulations of the collapse of cloud cores to protostars
本文利用动网格代码 AREPO 开展多化学模型、多几何构型的云核坍缩模拟,表明霍尔效应依磁场方向调控盘演化与外流,并在部分情形中主导非理想 MHD 过程。
2025-01-10 astro-ph.GA astro-ph.SR