The discreteness-driven relaxation of collisionless gravitating systems: entropy evolution and the Nyquist-Shannon theorem
坍缩的$N$ -天体引力系统的时间不可逆性和快速弛豫（与单个恒星或粒子运动方程的时间可逆性相反）传统上归因于观测中的粗粒化导致的信息丢失。我们表明，这种主观的元素是没有必要的，一旦考虑到这些系统是离散的，即由有限数量的恒星或粒子的$N$的基本事实。我们表明，离散系统的熵估计和Nyquist-Shannon采样准则之间的连接。具体地，给定在$d$维空间中具有$N$点的样本，奈奎斯特-香农准则约束由连续统中的函数定义的最小结构的大小，该最小结构可以与离散样本唯一地相关联。当应用到一个$N$体系统，这个定理设置了一个下限相空间结构的大小（在连续），可以解决在离散数据。因此，有限$N$系统在通常按$N^{1/d}$缩放的弛豫时间之后趋向于均匀分布。这为坍缩的$N$体引力系统（如星系和星团）快速达到稳态提供了一个解释，而不需要提倡粗粒化的主观效应。
2018-12-17 astro-ph.GA
Self-Gravitating Relativistic Models of Fermions with Anisotropy and Cutoff Energy in their Distribution Function
本文将前一篇文章中得到的解推广到广义相对论，研究了各向异性自引力费米子的平衡位形。通过考虑不同程度的各向异性，这种处理也将相对论自引力费米气体模型推广到各向异性系统。我们讨论了模型的一些重要特性和得到的密度分布，并在相对论范围内推广了各向异性与粒子质量之间的关系。这些相对论模型也可以应用于研究具有各向异性压力的超密度中子星或由磁场产生的超白矮星。
2015-07-10 astro-ph.GA
A Self-Gravitating Disc Around L1527 IRS?
最近对0级原恒星L1527 IRS的观测发现了一个外半径至少为100 au的旋转支撑盘。在870微米的积分通量的测量表明，光盘的质量太低，引力不稳定，以管理角动量传输。然而，如果圆盘的某些部分在亚毫米波长处光学厚度较厚，亚毫米通量将低估圆盘的质量，并且圆盘的实际质量可能大得多，可能足以自引力。我们使用简单的自引力盘模型研究这种可能性。为了与观测到的质量吸积率相匹配，需要盘星质量比至少为~0.5，这产生的亚毫米通量类似于在没有来自包层或中心恒星的辐射的情况下对L1527 IRS观测到的通量。如果辐射是显着的，那么预测的通量超过观测通量约一个数量级。我们的模型还表明，重力不稳定性产生的应力足够低，以防止磁盘的碎片。因此，我们的结论是，观测并不排除L1527 IRS周围的圆盘是自引力的可能性，但更有可能的是，尽管是一个非常年轻的系统，这个圆盘可能已经离开了自引力阶段。
2013-04-27 astro-ph.GA astro-ph.SR
Self-gravitating disc candidates around massive young stars
最近在大质量的年轻原恒星周围发现了几个候选的开普勒盘。考虑到这些系统中相对较大的盘星质量比，以及它们年轻的年龄，值得研究它们变得自引力的倾向。为此，我们计算自洽的，半解析模型的假定自引力盘五个候选光盘系统。我们的目的不是要完全符合观测结果，而是要证明，由于即使在毫米波长下，中平面的光学厚度也很高，因此来自边缘不稳定的自引力盘的预期尘埃连续辐射可能相当微弱。在最好的情况下，模型产生的“可观测”的光盘质量的一个因素内的1.5个观察到的，与中面尘埃温度可比的测量温度从分子线发射。我们发现，在两种情况下，自引力盘模型与观察比较。如果这些圆盘是自引力的，那么它们就满足其外部区域圆盘碎裂的条件。因此，这些系统可能有尚未解决的低质量恒星伴星，因此是未来高角分辨率观测的有希望的目标。
2016-08-19 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.SR
Solvable model of a self-gravitating system
我们介绍并讨论了一个有效的模型的自引力系统的平衡热力学可以解决在微正则和正则系综，最大化相对于一个单一的变量。这样的模型可以从一个被限制在一个环上的自引力粒子的模型推导出来，称为自引力环（SGR）模型，允许两个模型的热力学之间的定量比较。尽管在其推导过程中涉及相当粗糙的近似值，但有效模型与SGR模型相比相当好。此外，我们还讨论了这里提出的有效模型与Thirring四十年前提出的另一个模型之间的关系。这两个模型非常相似，可以看作是自引力系统的一类极小模型的例子。
2010-03-09 astro-ph.GA cond-mat.stat-mech
Predicting the linear response of self-gravitating stellar spheres and discs with LinearResponse.jl
本文介绍Julia库LinearResponse.jl，用于高效计算自引力恒星球与盘的线性响应，可扫描复频率平面探测多种模式，并验证于等时模型、Mestel盘及Plummer模型，同时扩展至动力学理论应用。
2023-11-17 astro-ph.GA astro-ph.IM
Eigenstates of Quasi-Keplerian Self-Gravitating Particle Discs
虽然类开普勒圆盘是最常见的天体物理结构之一，但计算其中的长期角动量输运通常会带来相当大的实际挑战。在这项工作中，我们调查的长期小倾角动态剃刀薄粒子光盘连续极限的离散拉格朗日-拉普拉斯长期微扰理论和探索之间的类比随后的长期演化-包括非本地耦合的自引力盘-和量子力学。我们发现的“量子”哈密顿量，描述了系统的时间演化，并证明了存在一个保守的内积。最低频率的正常模式的数值近似通过执行一个威克旋转的运动方程。这些模式被用来量化一个更简单的本地耦合模型的准确性，揭示了它预测的正常模式的形状，以高度的准确性，特别是在狭窄的环空，即使它不能预测其本征频率。
2021-02-03 astro-ph.EP astro-ph.GA
Secular diffusion in discrete self-gravitating tepid discs I : analytic solution in the tightly wound limit
用非齐次Balescu-Lenard方程描述了由有限粒子组成的无限薄的微温孤立星系盘的长期演化。假设只有紧密缠绕的瞬态螺旋存在于光盘中，WKB近似提供了一个简单和易于处理的正交相应的漂移和扩散系数。它提供了深入的物理过程中的长期扩散的自引力离散盘的工作，并在行动空间中的分布函数的初始变化的定量预测。当应用到一个孤立的固定的自引力Mestel光盘的长期演变，这种形式主义最初预测的重要性，在光盘的内部区域的共转共振导致一个制度，涉及径向迁移和加热。它预测，特别是形成一个“脊状”的功能，在行动空间，在协议与模拟，但高估的时间尺度，其外观。摆动放大可能会解决这种差异。在天体物理学中，非齐次Balescu-Lenard方程及其WKB极限也可以描述星系盘中巨分子云的长期扩散、原行星盘中星子的长期迁移和分离，甚至银河系中心恒星种群的长期演化。
2015-04-20 astro-ph.GA cond-mat.stat-mech
Relaxation to thermal equilibrium in the self-gravitating sheet model
我们重新讨论了所谓的“片模型”中弛豫到热平衡的问题，即，一维粒子通过与它们的分离无关的吸引力相互作用。我们发现，这种放松可以非常清楚地检测到，其特征在于以下的演变的序参量定义的相空间分布的探测其纠缠在空间和速度坐标的适当归一化的时刻。对于一类由矩形水袋初始条件的剧烈弛豫引起的准定态，其特征在于它们的维里比R_0，我们表明弛豫发生在一个时间尺度上，（i）在粒子数N中近似线性地标度，（ii）也显示出对R_0的强烈依赖性，来自较冷初始条件的准定态弛豫得更快。序参量的时间演化可以用一个拉伸指数函数来描述。最后，我们研究了弛豫准定态的弛豫时间与涨落幅度的相关性，以及时间平均值与系综平均值之间的关系。
2010-11-02 astro-ph.GA cond-mat.stat-mech
Self-similar Evolution of Self-Gravitating Viscous Accretion Discs
提出了一个新的一维自引力粘性吸积盘的动力学模型。利用慢吸积极限和含时中心质点近似对垂直积分方程进行了简化，以考虑自引力和吸积。结果表明，该偏微分方程组可化为一个描述角速度随时间演化的非线性对流扩散方程。为了求解方程，考虑了三种不同的湍流粘度处方。它示出，对于这些参数化的微分方程允许仅依赖于一个单一的无量纲参数的相似性变换。对相似解的详细分析表明，该参数是大半径处角速度分布的初始幂律指数。自相似解的径向依赖性在大多数情况下由破幂律给出。在小半径处，相对于当前中心质点，旋转定律总是变为开普勒定律。在外部区域，旋转律的幂律指数偏离开普勒值，并渐近地接近由初始条件确定的值。结果表明，吸积盘具有平坦的旋转规律，在大半径产生较高的吸积率。该方法适用于自引力吸积盘在活动星系核。完全自引力的圆盘被发现比接近开普勒的圆盘演化得更快。最后讨论了这对超大质量黑洞形成和类星体演化的意义。
2015-03-17 astro-ph.GA physics.flu-dyn
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
Secular diffusion in discrete self-gravitating tepid discs III. Resonant thickening in the tightly wound limit
利用非齐次多分量Balescu-Lenard方程研究了离散自引力银盘的长期增厚。厚WKB的扩散和漂移系数的限制，发现使用周转近似，同时假设只有径向紧密缠绕的瞬态螺旋持续的光盘。这产生一个简单的双正交的漂移和扩散系数，提供了一个清晰的理解的位置，最大的垂直轨道扩散内的光盘引起的有限数量的粒子的影响。当应用到一个不温不火的稳定锥形盘，Balescu-Lenard形式主义预测形成的脊共振轨道朝向更大的垂直行动，发现在直接的数值模拟，但高估的时间尺度参与其外观。旋臂放大器可能需要解决这种差异，如刀片薄光盘的情况下所示。巨大的分子云人口在光盘的联合发展可能会加速长期光盘的增厚有限${-N}$的影响，但在银河系中观测到的云的数量似乎不足以解释其厚盘。
2017-08-24 astro-ph.GA cond-mat.stat-mech
Triggered fragmentation in self-gravitating discs: forming fragments at small radii
我们对引力不稳定盘进行了三维辐射流体动力学模拟，以探索盘在初始碎裂后的质量运动。我们发现，在光盘的某些部分的气体的径向速度增加了约10倍后，光盘碎片，相比之前。虽然质量的运动发生在向内和向外两个方向上，但向内的运动可以导致自引力盘的内部螺旋变得足够密集，使得它们可以潜在地碎裂。这表明，碎片盘的动力学行为可能会导致随后的碎片发生在比最初预期的更小的半径，但只有在初始碎片已经形成在外盘。
2015-09-16 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.SR
Non-convergence of the critical cooling timescale for fragmentation of self-gravitating discs
对自引力盘的碎裂边界进行了分辨研究。我们进行三维光滑粒子流体动力学模拟光盘，以确定是否在轨道时标，beta_{crit}，随着分辨率的增加收敛的冷却时标的临界值。使用粒子数从31,250到1600万（迄今为止最高分辨率的模拟），我们没有发现收敛。相反，随着分辨率的增加，在较长的冷却时间尺度内发生碎裂。这些结果表明，至少，冷却时间尺度的临界值比以前认为的要长。然而，缺乏一致性也提出了是否存在临界值的问题。根据这些结果，我们警告不要使用冷却时标或引力应力参数来推断引力不稳定性是否可能是观测到的行星系的形成机制。
2010-11-03 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.SR
Non-convergence of the critical cooling timescale for fragmentation of self-gravitating discs
对自引力盘的碎裂边界进行了分辨研究。我们进行三维光滑粒子流体动力学（SPH）模拟光盘，以确定是否在轨道时标，beta_{crit}，随着分辨率的增加收敛的冷却时标的临界值。使用粒子数从31,250到1600万（迄今为止最高分辨率的模拟），我们没有发现收敛。相反，随着分辨率的增加，在较长的冷却时间尺度内发生碎裂。这些结果无疑表明，beta_{crit}比以前认为的要大。然而，缺乏收敛性也质疑是否存在临界值。根据这些结果，我们警告不要使用冷却时标或引力应力参数来推断引力不稳定性是否可能是观测到的行星系的形成机制。
2010-11-25 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.SR
Caustics in Self-gravitating N-body systems and Cosmological Large Scale Structures
本文证明自引力N体系统中测地线聚焦产生引力焦散，并认为这是宇宙大尺度结构形成的机制，通过曲率分析及求解雅可比和雷乔杜里方程估算焦散时间尺度与密度对比度。
2024-02-07 astro-ph.CO astro-ph.GA gr-qc
Axisymmetric modes in vertically stratified self-gravitating discs
在剪切盒近似下，对分层可压缩自引力多方圆盘中的轴对称垂直简正模进行了线性分析。我们研究亚绝热，绝热和超绝热垂直分层的具体动力学。在没有自重力的情况下，四个众所周知的主要模式可以确定在一个分层的磁盘：声学p-，表面重力f-，浮力g-和惯性r-模式。在描述了非自引力情况下的模式之后，我们将自引力包括在内，并研究它如何修改这些模式的属性。我们发现，自引力，在一定程度上，降低了他们的频率，并改变了结构的色散曲线和本征函数在径向波长相比，光盘的高度。它对r-模式的基本分支的影响，在亚绝热和绝热分层的情况下，和对g-模式的基本分支的影响，在超绝热分层的情况下（其中还表现出对流不稳定性），似乎是最强的。降低三维Toomre参数Q_{3D}的结果，后者的模式变得不稳定，由于自重力，使他们确定的发病标准和性质的重力不稳定性的分层盘。相比之下，p模、f模和对流稳定的g模，尽管它们相应的ω^2被自引力减小，但无论Q_{3D}的值多小，都不会变得不稳定。这是椎间盘三维性的结果。对应于引力不稳定模的本征函数本质上是三维的。我们还对比了更精确的不稳定性标准的基础上，我们的3D模型与密度波在2D（剃刀薄）光盘。基于这些发现，我们评论的起源表面扭曲的数值模拟中看到的自引力盘。
2010-04-13 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.SR
On the fragmentation boundary in magnetised self-gravitating discs
我们调查的作用，磁场的碎片的自引力盘使用三维全球理想磁流体动力学模拟进行的“幻影”平滑粒子流体动力学代码。对于最初的环形场，我们发现两个制度。在第一种情况下，冷却时间大于动力学时间的五倍，磁场降低螺旋密度波振幅，这反过来又抑制了碎裂。即使磁压力只有热压力的十分之一，情况也是如此。当冷却时间足够短以致于磁场不能阻止碎裂时，发生第二种状态。我们发现，磁化光盘产生更多的大规模的碎片，由于这两个额外的压力施加的磁场，和额外的角动量输运诱导麦克斯韦应力。碎片被限制在一个较窄的范围内的初始半长轴比那些在未磁化的磁盘。未磁化和磁化的圆盘碎片的轨道偏心率和倾角分布是相似的。我们的研究结果表明，破碎边界可能是在冷却时间的一个因素，两个低于纯流体动力学模型预测。
2016-12-19 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.SR
Stability of self-gravitating discs under irradiation
在大半径的吸积盘中，自引力作为角动量输运过程变得具有竞争力，其中温度足够低，外部照射可能有助于热平衡。辐射可以削弱圆盘的自重，如果圆盘维持在线性不稳定的临界值以上，辐射可以完全抑制圆盘的自重。然而，它对椎间盘碎裂敏感性的影响尚不清楚。我们使用二维数值模拟来研究自引力盘的演化作为局部冷却时间和辐射强度的函数。在该制度的光盘不碎片，我们表明，当地的热平衡继续确定的应力-这可以表示为一个有效的粘性α-出非常长的冷却时间（至少240动态时间）。在这种情况下，扰动的功率谱由有效粘性α而不是由冷却速率唯一地设定。在冷却时间τ < beta_crit /Ω时发生碎裂，其中beta_crit是辐照水平的弱函数。我们发现，β_crit下降约2倍，作为辐射从零增加到不稳定性几乎淬灭的水平。数值计算结果表明，辐射一般不能避免碎片的自引力盘在大半径，如果其他角动量传输源弱质量将建立，直到自引力集，碎片将随之而来。
2011-08-04 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.SR
On the fragmentation criteria of self-gravitating protoplanetary discs
研究了大质量自引力盘的碎裂判据。我们提出了新的分析，我们进行全球三维数值模拟测试的破碎条件。虽然以前的工作重点放在以轨道时间尺度β为单位的冷却时间尺度上，但我们发现，在给定的半径下，表面质量密度（即盘质量和轮廓）和恒星质量在确定盘是否碎片以及盘碎片形成的位置方面也起着至关重要的作用。我们发现，对于浅的表面质量密度分布（p<2，其中P <\propto R^{-p}），碎片形成在盘的外部区域。然而，对于陡峭的表面质量密度分布（p \gtrsim 2），碎片形成于椎间盘的内部区域。此外，我们还发现，在以前的模拟中发现的轨道时标单位的冷却时标的临界值仅适用于某些光盘表面质量密度分布和特定的光盘半径，并不是一个普遍的规则，所有光盘。我们发现了一个经验的碎裂标准之间的冷却时间尺度的轨道时间尺度，β，表面质量密度，恒星质量和半径的单位。
2010-08-03 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.SR
Schrödinger Evolution of Self-Gravitating Disks
对自引力盘长期演化的理解是天体物理学经典的突出问题之一。在这项工作中，我们表明，长期的倾斜动力学的几何薄的准开普勒磁盘，与表面密度分布，作为轨道半径的平方根的倒数的比例，描述的时间依赖的薛定谔方程。在这种形式主义的背景下，节点弯曲波对应于准粒子波函数的本征模，被限制在一个无限的正方形井中，其边界由圆盘的径向范围给出。我们进一步表明，自引力盘上的外部长期扰动表现出量子散射理论的数学相似性。利用这一框架，我们导出了一个解析判据的引力刚性的近似开普勒磁盘下的外部扰动。应用该理论的拱盘和银河核进行了讨论。
2018-03-03 astro-ph.EP 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
Profile of a Galactic Spherical Cloud of Self-Gravitating Fermions
束缚热费米子云的场被定义为对它的密度的哈特里积分。反过来，密度的结果，从外地通过一个Escheras-Fermi占领的本地相空间。这定义了云的所有属性和可观测量的完整理论。作为一个应用程序的暗物质晕，矮球状星系的天文数据的比较，并进行了讨论。估计的基本费米子质量，作为一个相空间束缚在费米子暗物质。
2018-06-19 astro-ph.GA hep-ph hep-th
Collective Excitations of Self-Gravitating Ultralight Dark Matter Cores
该研究在完全自洽引力框架下数值求解Bogoliubov-de Gennes方程，揭示自引力超轻暗物质孤子核具有离散的集体激发模式，并探讨其星系尺度天体物理影响。
2025-06-14 astro-ph.CO astro-ph.GA nlin.PS
Self-gravitating systems in Extended Gravity
本文从弱场极限出发，将Hilbert-Einstein作用量在Ricci曲率标量$R$中线性化，讨论了推广引力理论在高阶曲率不变量和标量场中的天体物理应用.结果相比，广义相对论的假设，暗物质的动态贡献可以忽略不计，由于修改后的重力。特别地，我们考虑恒星流体静力平衡，银河系旋转曲线，和引力透镜。最后，我们讨论了弱场极限在约旦和爱因斯坦框架指出有效量，作为引力势，如何从一个框架转换到另一个和结果的解释可以完全改变相应的。
2014-11-12 astro-ph.GA astro-ph.SR gr-qc
