Density distribution function of a self-gravitating isothermal compressible turbulent fluid in the context of Molecular Clouds ensembles II: the contribution of the turbulent term and the potential of the outer shells
在本文中,我们继续研究在我们以前的工作中得到的能量守恒方程。我们为自己设定了三个新目标。第一个是根据密度分布重写主要方程,以便提供更多的物理见解。第二部分是研究能量守恒方程中两个新项的意义。它们分别来自云的外壳和云外质量的引力。第三个目标是调查的主要方程的情况下,当动力学湍流项规模根据拉森定律,它是独立的,正式的吸积,在以前的工作相比。超音速湍流和球对称性的结合提出了一个警告,在我们的结论中进行了评论。我们得到了密度分布的两个解。它们的斜率分别为-2和-3/2。第二种解决方案的能量平衡与前一篇论文相同:这是一个自由落体。对于第一种解决方案,有两种情况。第一个:如果湍流项不成比例,那么它可能对云的能量平衡很重要。第二个:如果湍流项确实有尺度,那么它对云的能量平衡并不重要。这两个新的引力项不影响两个解的存在性,但外部质量的引力校准了第一个解的能量平衡。
2019-03-05 astro-ph.GA
Density distribution function of a self-gravitating isothermal turbulent fluid in the context of molecular clouds ensembles -- III. Virial analysis
在目前的工作中,我们应用维里分析的自引力湍流云合奏模型介绍了Donkov \和Stefanov在以前的两篇论文,澄清湍流的某些方面,并扩展该模型,不仅考虑到超音速流动,但跨和亚音速的。利用欧拉维里定理,在远离云核的任意尺度上,导出了密度廓线方程,并近似求解。结果证实了在以前的文件中找到的解决方案$\varrho(\ell)=\ell^{-2}$。该解对应于能量平衡的三种可能的配置。对于跨音速或亚音速流,我们得到重力能和热能之间的平衡(情况1)或重力能、紊流能和热能之间的平衡(情况2),而对于超音速流,可能的平衡是重力能和紊流能之间的平衡(情况3)。在情况1和2中,流体元素的能量可以是负的或零端,因此解决方案是动态稳定的,并且应该是长寿命的。在情况3中,流体元素的能量为正或零,即,该溶液是不稳定的或至多是边缘结合的。在靠近核心的尺度上,不能忽略气体的转动惯量的二阶导数,这妨碍了密度分布的解析方程的推导。然而,我们得到的气体附近的核心是没有维里化,它的状态是边际约束,因为能量的流体元素消失。
2022-09-23 astro-ph.GA
On the evolution of the density pdf in strongly self-gravitating systems
用一个简单的近似函数来描述和求解自由落体系统的质量密度的概率密度函数(PDF)随时间的演化。我们证明了一个无压崩溃的结果在高密度侧的PDF的幂律尾。对于(体积加权)PDF,斜率迅速渐近为函数形式$\mathrm{P}_v(ρ)\proptoρ^{-1.54}$,对于相应的质量加权分布,斜率迅速渐近为函数形式$\mathrm{P}_m(ρ)\proptoρ^{-0.54}$。从PDF的简单近似,我们推导出质量吸积的解析描述,发现动态安静的系统与窄密度PDF导致延迟恒星形成和低恒星形成率。相反,强烈的湍流运动会扩大PDF,加速坍缩,导致恒星形成的爆发模式。最后,我们比较我们的理论工作与观察。在坍缩的早期阶段,测得的恒星形成率与我们的模型一致。观测到的柱密度PDF与我们的模型得出的结果比较表明,观测到的恒星形成核心大致处于自由落体状态。
2014-01-14 astro-ph.GA astro-ph.SR
Collapse and evaporation of a canonical self-gravitating gas
我们回顾了在强摩擦力和随机力(正则气体)存在下粒子的自引力气体的平衡特性。我们假设裸扩散系数的形式为$D(ρ)=Tρ^{1/n}$,其中$ρ$是局部粒子密度,因此状态方程为$P(ρ)=D(ρ)ρ$。取决于空间维度$d$、指数$n$、温度$T$以及系统是否被限制在有限的盒子中,系统可以达到平衡态、崩溃或蒸发。本文着重于后者的情况下,提出了一个完整的动态相图的系统。
2010-03-04 astro-ph.GA cond-mat.stat-mech
Photoionisation Feedback in a Self-Gravitating, Magnetised, Turbulent Cloud
我们提出了一套新的分析模型的HII地区的扩展供电的紫外光电离从大质量的恒星,并将它们比较到一套新的辐射磁流体动力学模拟湍流,自引力分子云。为了进行这些模拟,我们使用欧拉自适应网格磁流体动力学代码RAMSES-RT,包括紫外光子的辐射转移。我们的分析模型成功地预测了全球的HII区域的云的密度和速度结构是已知的。我们估计的HII区域的行为的基础上的幂律拟合的密度场假设系统是维里化。我们给出了一个半径,在这个半径处电离前沿应该停止扩展(“失速”)。如果这个半径小于到云边缘的距离,HII区域将被云捕获。这种效应在坍缩云中比在维里化云中更严重,因为前者的密度随着时间的推移急剧增加,HII区域需要更大的光子发射率才能逃离坍缩云。我们还测量了Jeans不稳定气体对HII区的响应,以预测紫外辐射对云中恒星形成的影响。我们发现不稳定气体中的质量可以用一个模型来解释,在这个模型中,云被紫外光子蒸发,这表明恒星形成的净反馈应该是负的
2016-06-07 astro-ph.GA
Density profile of a self-gravitating polytropic turbulent fluid in a rotating disk near to the cloud core
本文用能量与力平衡两种方法推导近云核旋转湍流气体盘的密度分布,发现唯一自洽解对应斜率-2、多方指数3/2和亚开普勒旋转。
2023-12-06 astro-ph.GA
Massive Star Formation via the Collapse of Subvirial and Virialized Turbulent Massive Cores
与低质量恒星类似,大质量恒星可能是通过星前分子核心的坍缩形成的。最近的观察表明,大多数大质量的核心是亚维里(即,不受湍流支持),因此可能不稳定到引力坍缩。在这里,我们进行辐射流体动力学模拟遵循的崩溃湍流大规模的前恒星核心的亚维里和维里化的初始条件,以探索他们的动态状态如何影响大质量恒星的形成和核心碎裂成伴星。我们发现,亚维里核心进行快速的单片崩溃,导致在早期的吸积率较高的维里化的核心,具有相同的物理性质的崩溃相比。相比之下,我们发现,维里化的核心经历了一个缓慢的,逐渐崩溃和显着的湍流碎片在早期导致众多的伴星。在没有强磁场和原恒星外流的情况下,我们发现,出生于次维里核的大质量恒星的生长速度更快,导致核的辐射加热增加,从而进一步抑制在早期的碎片时,湍流碎片发生的维里化核。无论初始条件如何,我们发现大质量恒星周围形成的大质量吸积盘在晚期主导了吸积流到恒星上,并最终变得引力不稳定,并在晚期碎裂形成伴星。
2019-11-05 astro-ph.GA astro-ph.SR
The density structure of supersonic self-gravitating turbulence
我们进行数值实验,以确定密度概率分布函数(PDF)中产生的超音速,等温,自引力湍流的那种是无处不在的恒星形成的分子云。我们的实验涵盖了广泛的湍流马赫数和维里参数,使我们能够第一次确定PDF如何响应这些参数的变化,我们引入了一个新的诊断,无量纲恒星形成效率与密度($ε_{\rm ff}(s)$)曲线,它提供了一个灵敏的诊断PDF的形状和动力学。我们发现,PDF遵循一个通用的功能形式,包括一个对数正态分布在低密度与两个不同的幂律尾在较高的密度;第一个这些代表的发病自引力,第二个反映了发病的旋转支持。一旦恒星形成效率达到百分之几,PDF在统计上变得稳定,没有证据表明恒星形成效率从大约5%到20%的长期时间演化。我们表明,无论是马赫数和维里参数的影响特征密度的对数正态让位于第一次幂律,和第一次到第二次,我们扩展(前者)和开发(后者)简单的理论模型,这些密度阈值和湍流介质的全球性能之间的关系。
2021-08-08 astro-ph.GA astro-ph.SR
Criteria for gravitational instability and quasi-isolated gravitational collapse in turbulent medium
本文研究了湍流自引力介质中结构的演化,提出了一个解析判据$M_{\rm crit} \approx ε_{\rm cascade}^{2/3} η^{-2/3} G^{-1} l^{5/3}$(其中$M_{\rm crit}$是临界质量,$l$是尺度,$ε_{\rm cascade}\approx ησ_{\rm v}^3 /l $是环境介质的湍流能量耗散率,$G$是重力常数,$σ_{\rm v}$是速度弥散,$l$是尺度,$η\approx 0.2$是效率参数)。该判据还定义了湍流引力不稳定性发展的临界尺度($l_{\rm crit} \approx ε_{\rm cascade}^{1/2} η^{-1/2} G^{-3/4} ρ^{-3/4}$)。分析的形式主义解释了我们银河系中星团($M_{\rm cluster} \sim R_{\rm cluster}^{1.67}$)的祖先质量的大小依赖性。
2016-10-24 astro-ph.GA astro-ph.SR
Modeling turbulent and self-gravitating fluids with Fourier neural operators
针对现有神经算子多在简化低维问题测试、未充分覆盖高维高动态真实系统及不完整数据场景的问题,该研究将傅里叶神经算子创新性应用于天体物理数据,可预测四个数量级密度变化的不完整观测代理演化及未观测动力学变量影响,为天文可观测量预测研究奠基。
2025-07-31 astro-ph.GA astro-ph.IM
Ion-neutral friction and accretion-driven turbulence in self-gravitating filaments
最近的赫歇尔观测已经证实,细丝在分子云中是普遍存在的,并表明,无论柱密度如何,都有一个约为0.1 pc的特征宽度,其物理来源尚不清楚。我们开发了一个分析模型,可以应用到自引力吸积丝。它一方面基于暗条中心部分的维里平衡,另一方面基于暗条上的吸积和耗散所驱动的湍流之间的能量平衡。我们考虑两种耗散机制:湍流级联和离子-中性摩擦。我们的模型预测,灯丝内部的宽度几乎是独立的列密度和导致的值相媲美的观测推断,如果耗散是由于离子中性摩擦。相反,湍流耗散导致更大的结构,并显著依赖于柱密度。我们的模型提供了一个合理的物理解释,可以解释观察到的细丝宽度时,他们是自引力。它预测正确的顺序或大小,虽然受到一些不确定性的阻碍。
2013-10-12 astro-ph.GA
Amplification and generation of turbulence during self-gravitating collapse
天体物理结构的形成,如恒星、致密物体以及星系,都需要通过引力坍缩使密度增加许多数量级。湍流在这一过程中所起的作用是重要的。湍流产生密度波动,对重力施加支持,并可能提供角动量。湍流在坍缩过程中究竟是如何表现的,以及如何被放大,仍然是一个有待研究的问题。球平均的流体方程进行,导致1D流体方程,描述的平均量的演变,特别是平均径向速度以及平均径向和横向湍流速度。这些方程不同于文献中通常采用的方程。然后,我们进行了一系列的三维数值模拟塌陷云的广泛的热和湍流的支持与两个多方状态方程,$P \propto ρ^Γ$,与$Γ=1$和1.25。对于每个3D模拟,我们使用球平均方程和相同的初始条件执行一系列1D模拟。通过在3D和1D模拟之间进行详细的比较,我们可以非常详细地分析观察到的行为。总之,我们发现,这两种方法同意非常好地证明推断方程的有效性,虽然当湍流最初是强的,从球形几何的主要偏差肯定排除定量比较。详细的比较导致我们的湍流耗散参数的估计,当湍流最初是低的,被发现是在良好的协议与以前的估计非自引力超音速湍流。节略。
2021-09-04 astro-ph.GA
Magnetic Field Orientation in Self-Gravitating Turbulent Molecular Clouds
恒星在分子云细丝中形成,来自于引力与湍流和磁场的竞争。这些细丝与磁场的确切方向取决于这些场的强度、引力势和相对于平均场的视线(LOS)。为了解开这些影响,我们采用三维磁流体动力学数值模拟,探索了广泛的初始湍流和磁状态,即,亚阿尔夫文湍流到超阿尔夫文湍流,有重力和没有重力。我们使用直方图的相对取向(HRO)和相关的投影瑞利统计(PRS)来研究密度的方向,为了与观测比较,积分密度相对于磁场。我们发现,在亚Alfvénic系统的初始一致性的磁场保持内部的云和细丝形成垂直的领域。这种趋势在超阿尔夫维尼模型中没有观察到,在超阿尔夫维尼模型中,线被重力和湍流拖曳,细丝主要与场对齐。综合地图的PRS分析表明,LOS的影响是重要的,只有亚Alfvénic云。当LOS垂直于初始场取向时,大多数灯丝垂直于投影磁场。重力的加入增加了垂直于磁场的密集结构的数量,反映为密集区域的PRS值较低,无论模型是亚阿尔夫维尼克还是超阿尔夫维尼克。我们的结果与观察到的分子云的比较表明,大多数是兼容的子Alfvénic模型。
2021-03-12 astro-ph.GA
On the generation of triaxiality in the collapse of cold spherical self-gravitating systems
最初冷的球对称自引力系统可能会产生一个维里平衡态,这是远离球对称的,通常是三轴的。在这里,我们集中在如何在最终状态的对称性破缺的程度取决于初始密度分布。我们注意到,最不对称的结构的结果时,在崩溃阶段,有一个强大的能量注入优先进入最初定位在外壳的粒子。这些粒子仍在坍缩,而最初位于内部的其他粒子已经重新膨胀;粒子在时变势中的运动使它们获得了动能-在某些情况下,足以从系统中喷出。我们发现,这种机制的能量增益放大了初始的小偏差,由于有限的$N$波动完美的球对称。当初始密度分布取决于半径时,这种放大更有效,因为与均匀密度分布相比,粒子具有更大的下降时间分布,对于均匀密度分布,获得非常接近对称的最终状态。这些影响导致了一个独特的相关性的最终结构的方向与喷射质量的分布,也与初始(非常小)的角度波动。
2015-03-13 astro-ph.CO astro-ph.GA
The Arrow of Time in the collapse of collisionless self-gravitating systems: non-validity of the Vlasov-Poisson equation during violent relaxation
一个无碰撞的自引力系统的坍缩,随着准稳态的快速实现,是由剧烈的弛豫驱动的,一个典型的粒子与随时间变化的集体势相互作用。传统上假设这种演化是由弗拉索夫-泊松方程控制的,在这种情况下熵必须守恒。我们运行N体模拟孤立的自引力系统,使用三个模拟代码:NBODY-6(直接求和没有软化),NBODY-2(直接求和软化)和GADGET-2(树代码软化),对于不同的粒子数和初始条件。在每个快照中,我们用三种不同的技术估计分布函数的香农熵:核,最近邻和EnBiD。对于所有的模拟代码和估计,熵演化收敛到相同的限制N的增加。在剧烈的弛豫过程中,熵有一个快速的增加,然后阻尼振荡,表明剧烈的弛豫必须由一个动力学方程而不是Vlasov-Poisson方程来描述,即使N像天文结构那样大。这表明,剧烈的弛豫不能用时间可逆方程来描述,从而为所谓的“恒星动力学基本悖论”提供了一些线索。轨道平均的Fokker-Planck模型很好地描述了长期演化,库仑对数值在预期的10-12范围内。利用NBODY-2研究了两体弛豫时间尺度对软化长度的依赖关系。在目前的工作中提出的方法可以潜在地提供一个通用的方法来测试任何动力学方程旨在描述宏观演化的N体系统。
2017-09-05 astro-ph.GA
Connecting Clump Sizes in Turbulent Disk Galaxies to Instability Theory
在这封信中,我们研究了相对于运动学,气体分数和Toomre Q的湍流盘星系中的H α团簇的平均大小。我们使用100 pc分辨率的HST图像,IFU运动学,和气体馏分的一个样本的罕见的,附近的湍流盘的属性密切匹配的z~1.5-2主序星星系(的SAMO样本)。我们发现的气体分数和速度色散的主机星系的旋转速度比的归一化平均团块大小的线性相关性。我们表明,这些相关性是一致的预测来自一个模型的不稳定性在自引力盘(所谓的“暴力磁盘不稳定性模型”)。我们还观察到,使用双流体模型Q,团块的大小和自重力驱动的不稳定区域之间的相关性。这些结果是最一致的假设,即大质量的恒星在湍流盘中形成团块是自引力气体丰富的磁盘的不稳定性的结果,因此提供了一个直接的连接解决团块大小和这种原位机制。
2017-03-01 astro-ph.GA
Prestellar Cores in Turbulent Clouds: Numerical Modeling and Evolution to Collapse
通过高分辨率湍流自引力数值模拟,研究前恒星核的形成与坍缩机制,提出湍流平衡球理论预测坍缩起始,并揭示核心坍缩为准平衡过程而非自由落体。
2025-05-11 astro-ph.GA astro-ph.SR
Formation of proto-cluster: a virialized structure from gravo-turbulent collapse I. Simulation of cluster formation in collapsing molecular cloud
人们经常观察到恒星是成簇形成的。因此,重要的是要了解这样一个集中质量的区域是如何从漫射介质中聚集出来的,它的性质最终规定了重要的物理机制,并决定了星团的特征。我们通过高分辨率的MHD模拟研究了分子云内部气态原团簇的形成过程,并通过改变初始湍流水平将其内部性质与母云的性质联系起来,以期更好地描述随后的星团形成过程。气态原星系团是由分子云的整体坍缩形成的,在坍缩过程中,由于角动量守恒,它有不可忽略的旋转。大部分的恒星形成都发生在这个区域,它只占整个星云的一小部分。我们在模拟中确定了这些区域,并将气体和沉降粒子与观测结果进行了比较。从模拟结果推断的气体原星系团提出了一个质量大小的关系,是与观测兼容。我们强调,星团半径,虽然明显相关的气体团半径,敏感地依赖于它的定义。进行能量分析,以确认的气体原集群是重力湍流再加工的产品和支持的湍流和旋转能量对自引力产生的全球维里平衡状态,虽然崩溃发生在较小的规模和集群正在积极形成恒星。这个天体就成为了星团的前身,并将能量特性传递给了它。
2016-03-25 astro-ph.GA astro-ph.SR
Different thermodynamics of self-gravitating systems and discussions for some observations and simulations
我们以前的工作已经揭示了自引力系统的统计力学。在本文中,我们将展示它的热力学,并将我们的结果与观测和模拟进行比较。我们提出我们的统计力学可以建立在遍历破缺和玻尔兹曼熵的基础上,并且它的假设与实际并不矛盾。利用统计力学的基本原理,给出了自引力系统的温度定义和自引力系统的容量。我们发现重力热灾变可能是我们理论的一个特例。我们的结果也为观测和数值模拟的密度分布提供了新的解释,特别是我们认为无耗散坍缩模拟中的非普适密度分布不是由不同的初始坍缩因子引起的。我们还将讨论核尖点问题。
2011-12-24 astro-ph.CO astro-ph.GA cond-mat.stat-mech
GMC Origins and Turbulent Motions in Spiral and Dwarf Galaxies
CO云在高压环境中可能是非自引力的,而大多数在低金属丰度和环境压力下应该是强烈的自引力。在富含HI的LMC中,GMC的形成和破坏通常应包括分子的形成和破坏。在富含CO的M51中,GMC通过聚结生长。银河系介于这两种情况之间。在所有情况下,大的云是由气体的吸积形成的,而较小的云则与分子的存在无关。银河系中的GMC类似于其他星系中的尘埃带和马刺。维里参数α通常随云量的增加而单调减小,这意味着湍流形成了小尺度结构。从太阳质量以下到环境金斯质量(10^7 Msun)的云复合体中,都应该存在α值递减的序列层次。
2013-09-12 astro-ph.GA
Impeding Turbulence Decay in Self-gravitating Cloud Cores
本研究发现分子云致密云核能维持接近零的湍流衰减率,这得益于云核形成时释放的引力势能,从而阐明了自引力在阻碍湍流衰减中的作用。
2025-06-18 astro-ph.GA
Nonlinear turbulent dynamo during gravitational collapse
通过湍流发电机的放大,磁场可能对第一批恒星的形成具有潜在的重要性。为了研究原初气体引力坍缩过程中的发电机行为,我们将非线性湍流发电机理论扩展到包括引力压缩效应。发电机和压缩之间的相对重要性在收缩过程中变化,随着密度的增加,磁场的放大从发电机为主过渡到压缩为主。在磁场放大的非线性阶段,由于湍流与磁场的能量按尺度平均分配,理想磁流体动力学(MHD)湍流中磁场的重联扩散就显得尤为重要。它导致磁通冻结条件的破坏,并解释了(a)非线性发电机的小增长率,(b)在收缩过程中磁能对密度的弱依赖性,(c)饱和磁能,以及(d)磁场的大关联长度。由此产生的磁场结构和磁场强度与密度的比例关系与磁通冻结的预期完全不同。
2020-07-21 astro-ph.GA astro-ph.SR physics.plasm-ph
Two-body collapse model for self-gravitating flow of dark matter and generalized stable clustering hypothesis for pairwise velocity
对于非线性引力坍缩,很难找到分析工具。到目前为止,只有一些简单但功能强大的工具。两个例子是球形塌陷模型(SCM)和稳定聚类假设(SCH)。我们提出了一个新的分析工具,一个两体坍缩模型(THEMS),它在动力学中起着与谐振子相同的基本作用。为方便起见,TdR是在具有固定阻尼的静态背景中(对于牛顿重力,$n$ =-1),针对具有任何势指数$n$的重力用公式表示的。引力、膨胀背景(或阻尼)和角动量之间的竞争将两体坍缩分为:1)自由落体坍缩,如果同一系统在更早的时间开始坍缩,则自由落体时间更长; 2)平衡坍缩,持续时间更长,其微扰解导致系统能量和动量的幂律演化。确定了两个临界值$β_{s1}=1$和$β_{s2}=1/3π$,它们量化了阻尼和重力之间的竞争。值$β_{s2}$仅存在于势指数$n=(2-6m)/(1+3m)=$-1、-10/7.的离散值中。对于整数$m$。当$n$ =-1时,得到了与SCM一致的临界密度比($Δ_c=18π^2$)。THERM预测了尺寸为$r$的二体系统的角速度$\propto Hr^{-3/2}$。等温密度是极快的质量吸积的结果。TMF能够显示SCH,即平均成对速度(一阶矩)$\langleΔu\rangle=-Hr$。针对高阶矩$\langleΔu^{2m+1}\rangle=-(2m+1)\langleΔu^{2m}\rangle Hr$提出了一种广义S…
2022-07-18 astro-ph.CO astro-ph.GA
Non-adiabatic turbulence driving during gravitational collapse
我们研究了湍流球核星前引力收缩过程中湍流的产生。我们定义了一维湍流速度色散的比值$g$,$σ_\mathrm{1D}$与引力速度$v_g$,然后在以下假设下分析估计$g$:a)引力($E_g$)和湍流动能($E_\mathrm{turb}$)之间的均分或维里平衡,b)从引力到湍流能量的转移的平稳性(意味着$E_\mathrm{turb}/E_g=$ cst)。在均分和维里的情况下,我们发现$g=\sqrt{1/3}\approx0.58$和$g=\sqrt{1/6}\approx0.41$,分别在静止的情况下,我们发现$g=\langle v_\mathrm{rad}\rangle L_d/(4π\sqrt{3}ηRv_g)$,其中$η$是一个效率因子,$L_d$是湍流的能量注入尺度,$R$是核心的半径。接下来,我们进行AMR模拟的星前崩溃的等温,跨音速湍流核心在两个不同的分辨率,和非湍流控制模拟。我们发现,湍流模拟崩溃的速度与非湍流的速度相同,所以湍流的产生并没有显着减缓崩溃。我们还发现,a)模拟接近崩溃和湍流耗散的能量注入率之间的平衡; b)$g\approx0.395\pm0.035$,接近“维里”值(湍流是非热线宽的$\sim35-40\%$); c)注入尺度是$L_d\lesssim R$,和d)“湍流压力”$ρσ_\mathrm{1D}^2$尺度为$\simρ^{1.6…
2020-09-26 astro-ph.GA
Little Red Dots as self-gravitating discs accreting on supermassive stars: Spectral appearance and formation pathway of the progenitors to direct collapse black holes
Niels Bohr International Academy, The Niels Bohr Institute(尼尔斯·玻尔国际学院,尼尔斯·玻尔研究所);Center of Gravity, Niels Bohr Institute(引力中心,尼尔斯·玻尔研究所);Department of Astrophysics, University of Zurich(苏黎世大学天体物理学系)
小红点被解释为由星系合并形成的自引力盘吸积的超大质量恒星,其光谱特征与黑洞形成过程相符。
2026-03-03 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Star-disk alignment in the protoplanetary disks: SPH simulation of the collapse of turbulent molecular cloud cores
利用三维光滑粒子流体动力学(SPH)方法研究了湍流分子云核中原恒星自旋与原行星盘旋转轴夹角(星盘角$ψ_{\rm sd}$)的演化.虽然$ψ_{\rm sd}$在原恒星形成时期表现出广泛的分布,直到$\sim 130^{\circ}$,$ψ_{\rm sd}$减少($\lesssim 20^{\circ}$)的时间尺度为$\sim 10^{4}$年。这个时间尺度的恒星磁盘的对齐,$t_{\rm alignment}$,基本上对应于中央原恒星的质量倍增时间,在此期间,原恒星忘记其初始自旋方向,由于质量吸积从磁盘。原恒星形成后$t=10^2$年和$t=10^5$年的$ψ_{\rm sd}$值与初始云核$α=E_{\rm thermal}/|E_{\rm gravity}|$和$γ_{\rm turb}=E_{\rm turbulence}/|E_{\rm gravity}|$的热能和湍流能与引力能的比值无关。我们还发现,一个扭曲的磁盘可能是由湍流吸积流从星周信封。
2020-01-15 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.SR
The Self-gravitating Gas Fraction and The Critical Density for Star Formation
我们使用Burkhart(2018)的模型分析计算了存在磁引力湍流时的恒星形成效率和致密自引力气体分数,该模型采用分段对数正态和幂律密度概率分布函数(PDF)。我们表明,PDF转换密度从对数正态到幂律形式是一个数学动机的临界密度恒星形成,并可以物理上与密度的牛仔裤长度是可比的声波长度,即冲击后的临界密度崩溃。当PDF跃迁密度作为临界密度时,瞬时恒星形成效率($ε_{\rm inst}$)和耗尽时间($τ_{\rm depl}$)可以由表示为PDF幂律尾部气体分数的致密自引力气体分数计算。我们最小化的自由参数的数量在解析表达式$ε_{\rm inst}$和$τ_{\rm depl}$通过使用PDF转换密度,而不是一个参数化的临界密度崩溃,从而提供了一个更直接的途径与观察比较。我们测试的过渡密度和自引力气体分数对AREPO移动网格gravoturbulent模拟的分析预测,并找到良好的协议。我们预测,当重力占主导地位的恒星形成气体的密度分布,恒星的形成效率应该是弱反相关的音速马赫数,而耗尽时间应增加与增加音速马赫数。恒星的形成效率和耗尽时间主要取决于致密的自引力气体部分,这反过来又取决于引力,湍流和恒星反馈的相互作用。我们的模型预测与最近的观测,如M51 PdBI弧秒漩涡调查(PAWS)。
2019-05-29 astro-ph.GA
The influence of the turbulent perturbation scale on prestellar core fragmentation and disk formation
星前弱湍流核的坍缩是恒星形成过程中的一个关键阶段。由于高度非线性和随机性,坍塌的结果只能通过进行大量的数值模拟从理论上进行探讨。标准做法是根据湍流能量(或某些等效物)的量和功率谱中的指数(n \equiv-d log Pk/d log k)来量化岩心中的初始湍流速度场。在本文中,我们数值研究了湍流速度场的细节对孤立的、弱湍流的、低质量星前核崩溃的影响。我们证明,只要n> 3(通常假设),比n更关键的参数是湍流速度场的最大波长λ_MAX。这是因为λ_MAX携带了大部分的湍流能量,从而影响了核中角动量的大小和空间相干性。我们表明,致密的细丝在崩溃过程中的形成严重依赖于λ_MAX,我们解释了这一发现使用力平衡分析。我们还表明,只有当λ_MAX> 0.5 R_CORE(其中R_CORE是核心半径)时,核心才有很高的碎裂概率;碎裂的主导模式涉及细丝的形成和破裂;尽管小的原恒星盘(半径R_DISK <= 20 AU)经常形成,但更扩展的盘是罕见的。在湍流,低质量的核心类型,我们在这里模拟,形成大的,破碎的原恒星盘被抑制在早期分裂的细丝。
2011-09-01 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.SR
Self-gravitating fluid systems and galactic dark matter
我们研究了各向异性压力下的引力坍缩,其最终阶段可以模拟由银河系暗物质播种的时空。为此,我们确定了一类时空(锥形缺陷),可以产生这样的崩溃过程,并承认稳定的圆形轨道在所有径向距离。它们在原点有一个裸奇点。这样的时空的一个例子是Perlick发现的Bertrand时空,它在所有半径上都有闭合的稳定轨道。利用相对论性双流体模型,我们表明,我们的银河系时空可能表明奇异物质,即其中一个组成流体可能有负压的相关质量密度的某一渐近下降,在牛顿极限。我们通过研究牛顿双流体系统的一些简单例子来补充这种分析,并将其与所考虑的相对论系统的牛顿极限进行比较。
2017-07-31 astro-ph.GA hep-th
Dynamo effect in unstirred self-gravitating turbulence
在许多天体物理环境中,自引力可以产生动能,原则上可用于驱动发电机动作。使用直接的数值模拟,我们表明,在无搅拌的自引力亚音速湍流与螺旋度和磁普朗特数的单位,有一个临界磁雷诺数约为25以上,对洛伦兹力所做的工作超过欧姆耗散。坍缩本身驱动的主要是无旋运动,而这些运动并不构成发电机的作用。我们发现,在弱磁场下,引力所做的功的三分之一进入压缩加热,剩下的三分之二首先进入湍流的动能,然后一小部分进一步转化为磁能,最后转化为热能。然而,在接近坍缩时,压缩加热和动能的这些分数分别变为1/4和3/4。当磁场较强时,压缩加热分数不变。在剩余的动能中,四分之一通过对洛伦兹力的做功直接转化为磁能。涡旋运动的比例减少,有利于压缩运动,几乎完全由牛仔裤不稳定性驱动。对于一个初始均匀的磁场,场放大的尺度大于那些初始湍流驱动缠结。
2022-03-14 astro-ph.GA
Formation of spiral structure from the violent relaxation of self-gravitating disks
我们提出的数值研究的螺旋结构的形成的上下文中的暴力松弛。初始条件是在刚性旋转中的自引力粒子的不平衡圆盘。通过该机制,可以在几个自由落体时间内通过在塌缩之后的质量喷射的剪切形成坚固且非静止的螺旋臂。通过仔细观察,我们发现与初始构型有关的臂的不同性质。如果圆盘较薄,则卷绕度趋于随初始角速度而增加。如果圆盘表面是圆形的,臂的数量和位置都受泊松密度波动的影响,随着引入更多的粒子,产生更多的臂。相反,如果施加表面椭圆度,则可以有效控制臂的数量及其放置。否则,厚度的增加导致复杂的结果,因为臂的数量和缠绕程度不太有效地控制。我们推测,这种复杂性是由一个强大的非轴对称的领域在暴力松弛,瓦解的崩溃前的运动和粒子的浓度。
2020-10-11 astro-ph.GA cond-mat.stat-mech
The interaction of hydrodynamic shocks with self-gravitating clouds
我们描述的流体动力冲击与Bonnor-Ebert球的相互作用的自适应网格细化代码进行的三维模拟的结果。计算是等温的,云嵌入在一种介质中,其中声速是云中声速的四倍或十倍。冲击的强度是这样的,它们在某些情况下会引起引力坍缩,而在另一些情况下不会,我们推导出一个简单的估计,为发生这种情况所需的冲击强度。这些结果是相关的致密的核心和博克球状体在恒星形成区受到恒星反馈产生的冲击。
2016-12-07 astro-ph.GA
Symplectic coarse graining approach to the dynamics of spherical self-gravitating systems
我们研究了孤立球自引力系统在无耗散坍缩过程中,微扰定态附近相空间分布函数的演化和剧烈弛豫的过程.通过最近引入的辛粗粒化技术,我们得到了一个有效的演化方程,使我们能够计算的定态周围的频率的缩放,以及分布函数的傅立叶模式的阻尼时间,与傅立叶$k-$向量本身的大小。我们比较我们的分析结果与$N$体模拟。
2022-02-17 astro-ph.GA cond-mat.stat-mech
Turbulent Disks are Never Stable: Fragmentation and Turbulence-Promoted Planet Formation
在我们对盘的理解中,一个基本的假设是,当托姆雷Q>>1时,盘是稳定的,不会分裂成自引力物体(因此不能通过直接坍缩形成行星)。但是如果圆盘是湍流的,这就忽略了随机密度波动的频谱,这种波动可以产生罕见的高密度质量集中。在这里,我们使用最近开发的分析框架来预测这些波动的统计数据,即在湍流开普勒盘中形成的碎片的碎片和质谱的速率。湍流磁盘从来没有完全稳定的:我们计算(总是有限的)概率形成自引力结构通过随机湍流密度波动在这样的磁盘。马赫数~0.1以上的适度亚音速湍流,即使Q>>1且冷却缓慢(t_cool>>t_orbit),也能在~Myr的时间尺度上产生一些随机碎裂或“直接坍缩”事件。在跨音速湍流中,这一数值可扩展到Q~100。我们推导出抑制这种事件所需的真实Q准则,它与马赫数成指数关系。我们指定由MRI,对流,或螺旋波驱动的湍流,并推导出等效标准的Q和冷却时间。可能需要>~50*t_dyn的冷却时间以完全抑制碎裂。这些重力湍流事件产生的质量谱峰值接近~M_disk*(Q*M_disk/M_star)^[2](岩石到巨行星质量,随着与恒星的距离增加)。我们将其应用于原行星盘模型,并表明,即使是最小质量的太阳星云可以经历随机崩溃事件,提供了一个动荡的来源。
2013-07-08 astro-ph.CO astro-ph.EP astro-ph.GA
Feeding vs. Falling: The growth and collapse of molecular clouds in a turbulent interstellar medium
为了了解观测到的分子云特性的起源,关键是要了解云在其形成,生长和崩溃期间如何与环境相互作用。有人认为,吸积驱动的湍流可以保持云在一个高度湍流的状态,防止失控崩溃,并解释所观察到的非热速度色散。我们提出了一个千分之一秒尺度的,分层的,超新星驱动的,自引力,星际介质,包括扩散加热和辐射冷却的3D,AMR,MHD模拟。这些模拟模拟了在湍流星际介质中分子云种群的形成和演化。我们使用放大技术,专注于质量吸积的动力学及其历史的个别分子云。我们发现,到分子云的质量吸积收益的结合湍流和近自由落体吸积的引力约束信封。附近的超新星爆炸有双重作用,压缩包层,增加吸积质量,但也会破坏部分包层并侵蚀云表面的质量。看来,从超新星爆炸到云的动能流入率不足以解释云动能的净电荷率。在缺乏自洽恒星形成的情况下,在收缩过程中引力势转化为动能似乎是云内非热运动的主要驱动力。我们的结论是,虽然云强烈地与它们的环境相互作用,束缚云总是处于引力收缩的状态,接近失控,它们的性质是这种崩溃的自然结果。
2018-12-19 astro-ph.GA
Equilibrium and Dynamical Evolution of Self-Gravitating System Embedded in a Potential Well
由非导电壁和导电壁约束的等温和自引力系统,如果中心和边界之间的密度差超过临界值,则已知是不稳定的。研究了嵌入势阱中的等温自引力系统的平衡态和动力学演化,这种情况可以适用于许多天体,如星系的中心部分,或由暗物质支配势阱的星系团,但仍限于势阱在演化过程中是固定的情况.当周围势阱的深度与嵌入系统的势之比变大时,势阱实际上变成了与导电壁相同的边界条件,表现为一个热的热浴。我们还利用直接N体模拟程序NBODY6模拟了嵌入势阱的恒星系统的动力学演化,并提出了该系统的平衡模型。在深势阱中,类似于高温的热浴,嵌入的自引力系统在动力学上是热的,并且由于势阱的加热而使动能增加,从而松散地束缚或可以不束缚。另一方面,当势阱较浅时,系统在自重作用下发生核坍塌。双星加热可以阻止坍缩并导致膨胀,但由于作为热浴的势可以吸收双星产生的能量,因此演化非常缓慢。该系统可视为准静态系统。在最终的准平衡态下,来自N体模拟的密度和速度弥散分布与我们的平衡模型类似,该平衡模型假设与势阱处于热平衡。
2011-02-22 astro-ph.GA
Local support against gravity in magneto-turbulent fluids
气体的综合热压力支持与其引力势能的比较导致了引力不稳定性的临界质量尺度,如Jeans和Bonnor-Ebert质量,它们在许多物理系统的分析中起着重要作用,包括数值模拟的物理学。然而,在严格的理论意义上,无论是牛仔裤,也没有Bonnor-Ebert质量是有意义的局部应用时,在自引力湍流介质的子结构。基于这个原因,我们通过一种独立于这些概念的方法来研究由热压力、湍流和磁场对引力压缩的局部支持。我们方法的核心是速度场发散的动力学方程。我们进行了统计分析的本地压缩率(负时间导数的发散)的强迫自引力湍流在周期性的盒子与零,弱,中等强度的平均磁场(测量的平均值的磁和热压力)的模拟源项。我们还考虑了剪切和压缩对磁场能量的放大。因此,我们能够证明,对重力的支持主要是由热压力波动,虽然磁压力也产生了显着的贡献。然而,在高超音速状态下,湍流的净效应是增强压缩,而不是支持过密气体,即使涡量非常高。这是不相称的磁湍流流体中的高度动态的子结构的支持被确定的体积能量的局部维里平衡没有表面应力。
2013-03-23 astro-ph.GA
Collapse, outflows and fragmentation of massive, turbulent and magnetized prestellar barotropic cores
恒星,特别是大质量恒星,对星系的演化有着巨大的影响。然而,它们形成和崩溃的条件仍然没有完全理解。特别是,磁场对大质量团块坍缩的影响相对未被探索,因此在大质量恒星形成的背景下,研究其影响具有重要意义。我们进行高分辨率,MHD模拟崩溃的数百个太阳质量,湍流和磁化云,使用自适应网格加密代码RAMSES。我们计算了坍缩核内的质量分布、磁场和角动量等各种物理量,并研究了坍缩过程中的幕式外流和碎裂。磁场对云的演化有很大的影响。我们发现,磁制动是能够大大减少在坍缩云的内部部分的角动量。快速和间歇性的外流正在以3-5 km/s $^{-1}$的典型速度发射,尽管最高速度可高达30-40 km/s $^{-1}$。与流体动力云相比,几个物体的碎片在基本磁化云中减少了1.5-2倍。我们的结论是,磁场有一个显着的影响,大规模的团块的演变。结合辐射,磁场在很大程度上决定了大质量核心坍缩的结果。我们强调,MHD崩溃的数值收敛是一个具有挑战性的问题。特别是,数值扩散在高密度下似乎很重要,因此可能导致对碎片数量的高估。
2011-02-21 astro-ph.GA
Using kinetic theory to examine a self-gravitating system composed of baryons and cold dark matter
我们研究了非相对论性冷暗物质的演化引力耦合重子的模式内的哈勃半径(亚视界制度)使用非动力学理论的方法在牛顿理论的领域。我们得到的总密度扰动的一般解,我们还表明,重子扰动赶上了暗物质扰动在晚些时候,这反过来又使得可能的束缚结构的形成。我们扩展了线性微扰分析考虑掉头事件,崩溃的物质,其维里化过程。
2020-06-18 astro-ph.CO astro-ph.GA gr-qc
Magnetic field amplification during a turbulent collapse
本研究通过三维模拟,利用超共动坐标研究引力坍缩中湍流驱动的磁场放大,发现大磁雷诺数下共动磁场随共形时间指数增长,证实了发电机效应的存在。
2025-09-10 astro-ph.GA physics.flu-dyn
No evidence of vorticity production from irrotational turbulent gravitational collapse yet
Nordita, KTH Royal Institute of Technology and Stockholm University(诺迪塔,皇家理工学院和斯德哥尔摩大学);The Oskar Klein Centre, Department of Astronomy, Stockholm University(奥斯卡·克莱因中心,天文学系,斯德哥尔摩大学);McWilliams Center for Cosmology & Department of Physics, Carnegie Mellon University(麦克威廉斯宇宙学中心与物理系,卡内基梅隆大学);School of Natural Sciences and Medicine, Ilia State University(自然科学与医学院,伊利亚州立大学);Scuola Normale Superiore(比萨高等师范学院);Argelander-Institut für Astronomie, Universität Bonn(阿尔根德天文学研究所,波恩大学)
通过数值模拟研究引力坍缩中涡量的产生效率,发现涡量仅来自初始无旋湍流而非坍缩流,不支持小尺度发电机所需的涡旋湍流。
2026-10-30 astro-ph.CO astro-ph.GA physics.flu-dyn
Jeans instability and turbulent gravitational collapse of Bose-Einstein Condensate dark matter halos
我们考虑的Jeans不稳定性和引力坍缩的旋转玻色-爱因斯坦凝聚体暗物质晕,零温非相对论Gross-Pitaevskii方程,与排斥粒子间的相互作用。在波函数的Madelung表象中,星系晕的动力学演化由连续性方程和流体力学欧拉方程描述,凝聚态暗物质满足指数为$n=1$的多方状态方程.通过考虑小扰动的量子流体动力学方程,我们得到的色散关系和Jeans波数,其中包括涡(湍流)的影响,量子压力和量子势,分别。详细讨论了凝聚态暗物质坍缩的临界尺度(金斯半径和质量)。我们还研究了旋转凝聚暗物质晕的坍缩/膨胀,我们发现了一个家庭的精确的半解析解的流体动力学演化方程,通过使用分离变量的方法。流体流动方程的近似一阶解也得到了。用数值方法计算了坍缩/膨胀凝聚暗物质晕的质量、密度和速度分布。
2019-10-20 astro-ph.GA gr-qc hep-th
Numerical evolution of self-gravitating halos of self-interacting dark matter
本文提出一种高效的球对称自引力系统数值方案,用于模拟自相互作用暗物质晕从内部平坦化到引力热坍缩的演化过程,并可扩展至球状星团动力学研究。
2025-06-04 astro-ph.CO astro-ph.GA hep-ph