Wind-driving protostellar accretion discs. II. Numerical method and illustrative solutions
我们继续研究被大规模磁场穿过的弱电离原恒星盘,并为离心驱动的风提供动力。有人认为,在一些原恒星系统中,这样的风至少从盘的某个部分传输了角动量的一个重要部分。我们模拟这种情况下,通过考虑径向本地化的磁盘模型,其中的问题是很好地耦合到外地和风是多余的角动量的主要仓库。我们认为固定的解决方案,其中磁扩散计数器的剪切和平流的磁力线。在Wardle & Königl中,我们分析了流体静力近似下的圆盘结构,并提出了双极扩散率制度的圆盘/风解。在Königl,Salmeron & Wardle(论文I)中,我们将流体静力学分析推广到Hall和Ohm扩散系数域,并确定了可行解出现的参数子区域。在本文中,我们测试这些结果推导出的数值解(集成通过声波临界面)的圆盘方程在霍尔域。我们确认的流体静力学分析的预测,并证明其有用的澄清行为的衍生解决方案。我们表明,解决方案可以扩展到更大的尺度(使他们也通过Alfvén临界面),通过匹配本地化的磁盘解决方案,全球风的解决方案的类型介绍了布兰德福德和佩恩。为了促进这种匹配,我们构建了一个风力解决方案库,可供社区使用。在Wardle和Königl的论文I中提出的结果和这项工作形成了一个全面的框架,用于研究原恒星和其他天体物理环境中的风驱动吸积盘。这一工具可能有助于解释观测结果,并指导对这类系统的数值模拟。
2010-06-02 astro-ph.SR
Fast methods for tracking grain coagulation and ionization. III. Protostellar collapse with non-ideal MHD
尘埃颗粒影响恒星形成的许多方面,包括行星形成,辐射转移的不透明度,化学和磁场通过欧姆,霍尔和双极扩散。粉尘颗粒的尺寸分布是影响所有这些方面的主要特征。在整个恒星形成过程中,晶粒尺寸会因凝聚而增大。我们在这里描述的数值模拟的原恒星坍缩所描述的方法在本系列的早期论文。我们计算的粒度分布从凝聚和非理想的磁流体力学效应自洽和低数值成本的演变。我们发现,混凝效率的影响主要是在高密度区域所花费的时间。从亚微米半径开始,在一个只有1000年历史的内部原行星盘中,颗粒尺寸达到100 μm以上。我们还表明,晶粒的生长显着影响的双折射率,并间接的动力学和角动量的磁盘。
2023-01-09 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.SR
On the diversity and statistical properties of protostellar discs
我们目前的结果,从第一人口合成研究的原恒星盘。我们分析了恒星团簇形成的辐射流体动力学模拟中形成的大样本原恒星盘的演化和性质。由于恒星形成过程的混沌性质,我们发现了年轻的原恒星盘的巨大多样性,包括错位盘,以及方向随时间变化的盘。星盘相互作用截短了星盘并产生了多个系统。圆盘可能会在动力学碰撞和/或通过冲压压力剥离而被破坏,但会通过后来的气体吸积而重新形成。我们量化的盘质量和半径的分布为原恒星年龄达$\approx 10^5$岁月。对于低质量的原恒星,盘质量往往会增加年龄和原恒星质量。圆盘半径范围从10到几百个天文单位,在时间尺度上以$\le 10^4$年为单位增长,在低质量的原恒星周围较小。孤立的原恒星盘的径向表面密度分布比最小质量太阳星云模型更平坦,通常按$Σ\propto r^{-1}$缩放。星盘与原恒星的质量比很少超过2,典型的范围是从$M_{\rm d}/M_* = 0.1-1$到年龄$\le 10^4$岁,然后逐渐减小。我们量化的相对方位角的拱盘和轨道的绑定对原恒星,找到一个偏好的对齐,强度与分离度降低。我们还研究了如何不同的原恒星和孤立的原恒星对盘的外部部分的取向和内部盘自旋。
2018-01-23 astro-ph.EP astro-ph.SR
Magnetohydrodynamics of Protostellar Disks
综述了吸积盘的磁流体动力学行为。详细介绍了适用于原恒星盘的基本MHD方程。弱(亚热)磁场和开普勒旋转的组合是不稳定的磁旋转不稳定性(MRI),如果在磁盘中的电离度足够高。MRI产生增强的角动量,并导致层流分解为湍流。如果湍流能量是局部耗散的,则标准“$α$“模型应能对圆盘结构给出合理的估计。由于远离中心恒星的原恒星盘的电离分数很小,它们通常不处于接近完美导电性的状态。非理想MHD效应是重要的。其中,欧姆耗散和霍尔电动势是最重要的。尘埃的存在也是至关重要的,因为小的星际尺度颗粒吸收了良好磁耦合所需的自由电荷。在AU的尺度上,在磁盘中平面附近可能存在磁去耦的区域,即所谓的{ \em死区}。但是随着时间的推移,颗粒的生长和沉降降低了它们吸收电荷的效率。由于来自中央恒星的日冕X射线(也可能是宇宙射线)提供的电离作用,原恒星盘在其生命的大部分时间里可能被充分磁化,从而具有MRI活性,特别是远离盘中平面的部分。
2009-06-04 astro-ph.SR
Gravitoturbulence in magnetised protostellar discs
引力不稳定性(GI)在原恒星盘演化的几个方面都有表现,最显著的是角动量输运、碎裂和爆发,FU Ori和EX Lupi系统就是例证。原恒星盘的外部区域也可能与磁场耦合,从而改变GI的发展。为了了解它们相互作用的基本要素,我们进行了局部二维理想和电阻MHD模拟与施加的环向场。在制度的中等等离子体β,我们发现,该系统支持一个热的重力湍流状态,其特征在于相当大的磁能和应力和一个令人惊讶的大Toomre参数$Q~10$。这一结果具有潜在的影响磁盘结构,垂直厚度,电离等,我们的模拟还揭示了存在的长寿和密集的“磁岛”或等离子体团。最后,我们发现磁场的存在对盘的破碎准则影响不大。虽然我们的重点是原恒星盘,我们的一些结果可能是相关的AGN的外半径。
2016-05-06 astro-ph.EP astro-ph.SR
X-Ray Ionization of Planet-Opened Gaps in Protostellar Disks
质量接近木星的年轻行星有足够强大的潮汐来清除原恒星盘中轨道周围的间隙。通过间隙的气体流动调节行星的进一步生长,并支配着圆盘的演化。如果气体被充分电离以耦合到场,则磁力可以驱动该流动。我们计算了来自中心年轻恒星的X射线的电离效应,使用蒙特卡罗辐射转移计算来找到到达行星附近的康普顿散射光子的光谱。散射的X射线以类似于或大于行星附近的星际宇宙射线速率的速率照射气体,这些行星的质量为土星和木星,位于5 au和10 au,在具有亚微米尘埃的星际质量分数的圆盘中,并且尘埃耗尽了100倍。求解气体-颗粒复合反应网络产生带电粒子群,其携带电流的能力足以将磁场部分耦合到行星周围的气体。大多数情况下可以经历霍尔剪切不稳定性,有些可以发射磁离心风。然而,在我们研究的所有情况下,行星轨道上的物质的扩散系数都很大,磁旋转湍流被阻止,非理想项控制着磁场的演变。因此,年轻的巨行星打开的缝隙中的气体流动,关键取决于有限的传导率。
2019-12-30 astro-ph.EP astro-ph.SR
Centrifugally driven winds from protostellar accretion discs. I - Formulation and initial results
原恒星盘在恒星形成过程中扮演着重要的角色,它是年轻恒星吸积的主要物质库,并通过发射强大的盘风来调节角动量和气体释放回恒星孕育区的程度。在这项研究中,我们探讨了光盘结构与风发射区域的属性,绘制出风发射可能可行的原恒星光盘区域。我们结合了一系列的1.5D半解析,稳态,垂直盘风的解决方案到一个径向扩展的1+1.5D模型,将所有三个扩散机制(欧姆,霍尔和双极)。我们观察到,大部分的质量外流通过盘风发生在一个天文单位的一小部分的径向宽度,与流出率迅速衰减的任何一方。我们还发现,质量吸积率,磁场强度和表面密度分布都有显着的影响,风发射区的位置和喷射/吸积比$\dot{M}_{\rm out}/\dot{M}_{\rm in}$。增大吸积率或磁场强度对应于风发射区域向较小半径的移动和$\dot{M}_{\rm out}/\dot{M}_{\rm in}$的减小,而增大表面密度对应于发射区域在较大半径处且$\dot{M}_{\rm out}/\dot{M}_{\rm in}$增大。最后,我们发现一类盘风包含一个无效的发射配置在中间半径,导致两个径向分离的风发射和减少$\dot{M}_{\rm out}/\dot{M}_{\rm in}$的区域。我们发现,风的位置和喷射/吸积比与目前的观测和理论估计是一致的。
2017-07-04 astro-ph.EP astro-ph.SR
Magnetic Field Amplification via Protostellar Disc Dynamos
我们数值研究了通过$αΩ$发电机在原恒星盘中产生磁场以及由此产生的磁流体动力学(MHD)驱动的外流。我们发现,对于小的无量纲发电机参数$α_d$的值的极向场的增长率$σ\propto Ω_K \sqrt{α_d}$指数,在饱和到一个值$\propto \sqrt{α_d}$。发电机激发偶极和八极模,但四极模被抑制,因为种子场的对称性。初始种子场太弱,推出MHD外流被发现足以增长到发射风观测相关的质量通量的顺序$10^{-9} M_{\odot}/\rm{yr}$金牛座T星。这表明$αΩ$ -发电机可能产生了足够强的磁场来发射观测到的外流。
2018-03-02 astro-ph.HE astro-ph.SR
The statistical properties of protostellar discs and their dependence on metallicity
我们提出了分析的性质的大样本的原恒星盘形成的四个辐射流体动力学模拟的恒星团簇形成。四次计算的金属丰度分别为太阳金属丰度的0.01、0.1、1和3倍。计算分别处理尘埃和气体的温度,并包括一个热化学模型的弥漫星际介质。我们发现束缚原恒星系统的盘半径随着金属丰度的减小而减小,0.01倍和3倍太阳金属丰度计算的盘特征半径中值分别为$\approx20$和$\approx65$ au.孤立原恒星的圆盘质量和半径也倾向于随着金属丰度的降低而减小。我们发现,星周盘和轨道的绑定原恒星对,和两个自旋的两个原恒星都不太好地相互对齐与金属丰度较低比与较高的金属丰度。这些变化与金属丰度是由于增加小规模的碎片,由于较低的不透明度和较大的冷却速率与较低的金属丰度,这增加了恒星的多重性和增加动力学相互作用。我们比较了光盘的质量和半径的原恒星系统从太阳的金属丰度计算与最近的调查光盘周围的0类和I类对象在猎户座和英仙座恒星形成区域。模拟圆盘的质量和半径与观察到的0类和I类圆盘具有相似的分布。
2021-10-11 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.SR
The observable effects of tidally induced warps in protostellar discs
我们考虑的原恒星盘潮汐引起的翘曲和由此产生的光谱能量分布(SED)的变化的响应。我们认为,对于典型的原恒星盘参数的翘曲是通过光盘在一个波一样的方式进行通信。我们发现,翘曲的主要影响往往是在大半径(大于30 AU),并为足够小的粘度,可以是相当长的寿命。这可能导致在这些半径处的盘的不均匀照明,并且可能在大于100微米的波长处引起SED的显著变化。
2010-01-14 astro-ph.SR
Limits on the location of planetesimal formation in self-gravitating protostellar discs
在这封信中,我们表明,如果星子在自引力盘中形成螺旋特征,正如之前Rice等人的理想化模拟所建议的那样,那么在现实的原恒星盘中,这个过程将被限制在盘的外部区域(即半径超过几十个A.U.)。这一限制涉及到的要求,灰尘必须集中在螺旋功能的时间尺度上,这是小于(大致动态)的寿命,这样的功能,这种快速积累需要螺旋功能的分数振幅是不是比单位小得多。这又要求气体的冷却时间尺度相对较短,这将该过程限制在外盘。我们指出,有效地转换成星子盘中的原始尘埃的一大部分可以拯救这种材料从众所周知的问题,快速向内迁移在$\sim$米大小的规模,并在原则上,这些对象的碰撞演化可能有助于重新供应小尘埃的原恒星盘。我们还指出,这种情况下推断的星子带的位置在主序星周围的碎片盘可能产生的影响,但强调,需要进一步的动力学研究,以建立光盘是否保留了星子创建的初始网站的记忆。
2009-06-04 astro-ph.EP astro-ph.SR
On the reliability of protostellar disc mass measurements and the existence of fragmenting discs
我们耦合非磁性,流体动力学模拟坍缩的原恒星核心与辐射转移演化模型,以产生合成的意见。然后,我们使用这些合成的意见,调查在何种程度上,一个简单的方法测量原恒星盘的质量在文献中使用恢复的固有质量的光盘中形成的模拟。我们评估的影响,从周围的核心污染,部分解决了光盘,光学深度,固定假设的尘埃温度,倾斜,和尘埃不透明度的法律。我们表明,这些影响的组合可以导致光盘质量低估的因素,在毫米波波长的2-3和高达一个数量级或更大的亚毫米波波长。原恒星盘的光学薄部分在I类阶段通常比0类阶段更冷,因为I类盘通常更大,光学厚度更厚,因此更受屏蔽。观察到的光盘质量分布非常相似的内在分布,如果考虑到这种影响,特别是在毫米波长的光学深度效应最小化。到目前为止,用这种方法观察到的原恒星盘中,大约有50%-70%与模拟中形成的引力不稳定盘的质量一致,这表明至少有一些原恒星盘的质量可能足以破碎。我们强调关键的未来工作需要确认这些结果,包括组装更大,更少的偏见的样品,并使用分子线观测区分旋转支持,开普勒光盘和磁支持pseudodisks。
2014-07-25 astro-ph.GA 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
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
Spiral arm instability -- III. Fragmentation of primordial protostellar discs
利用高分辨率宇宙流体力学模拟研究了原始原恒星盘的引力不稳定性和碎裂。我们跟踪原恒星盘中旋臂的形成和演化,研究动力学稳定性,并确定次级原恒星形成的物理机制。在我们以前的研究中,我们使用基于螺旋臂不稳定性(SAI)分析的线性扰动理论。通过引入有限厚度和旋臂剪切运动的影响,我们改进了分析,并推导出了原恒星盘中SAI的物理条件。我们的分析准确地预测了稳定性和发病的手臂碎片,这是由自重和气体压力之间的平衡加上科里奥利力。在圆盘中形成次级和多个原恒星的原因是SAI,它是由自引力驱动的,因此可以在没有快速气体冷却的情况下运行。我们还可以预测碎片的典型质量,这与模拟中形成的次级原恒星的实际质量非常吻合。
2019-10-21 astro-ph.GA astro-ph.SR
The role of disc self-gravity in the formation of protostars and protostellar discs
我们使用时间相关的,一维的光盘模型来调查的演变,形成通过分子云核心的崩溃,其中的主要运输机制是自引力的原恒星盘。我们假设这些圆盘进入热平衡状态,Q = 2,角动量输运的强度由圆盘的冷却速率决定。结果表明,这些光盘将达到一个准稳态,持续了一些自由落体的时间,其中大部分的质量在100 au位于10-20 au。内盘中的这种质量堆积可能导致足够高的温度,以便MHD湍流的增长,这可能会迅速排出内盘并导致FU Orionis样的爆发。在我们所有的模拟中,圆盘的内部区域(r < 40 au)对于碎裂是稳定的,而在由具有足够的初始角动量以在这些外部区域沉积足够质量的核心形成的圆盘的外部区域(r > 40 au)中碎裂是可能的。然而,这些外层区域的大量质量表明,碎片化将导致形成亚恒星和恒星质量的伴星,而不是行星质量的物体。虽然质量吸积率在很大程度上与观测结果一致,但大的圆盘质量表明,必须有一种额外的运输机制(如在圆盘上层发生的MRI),以便在观察到的圆盘寿命内排出剩余的圆盘材料。
2009-11-06 astro-ph.EP astro-ph.SR
The Effect of Irradiation on the Jeans Mass in Fragmenting Self-Gravitating Protostellar Discs
当一个自引力盘受到辐照时,它的碎裂倾向将受到影响。自引力光盘应力的强度预计将决定光盘碎片:由于这些扭矩的强度通常会随着声速的增加而降低,因此可以合理地假设,与未照射的情况相比,光盘碎片会受到抑制,尽管以前的工作已经表明,细节会因照射源而变得复杂。我们扩大了以前的分析牛仔裤内的螺旋结构在自引力盘的质量,将恒星辐射和背景辐射的影响。如果辐射是存在的,碎片被抑制在低吸积率的边缘不稳定的光盘(相比无辐射的情况下),但这些较低的吸积率对应于较高的质量光盘。碎片仍然可以发生高吸积率,但因此抑制在较低的磁盘表面密度,和随后的金斯质量的提升。这些结果进一步支持了这样的共识,即如果没有随后的碎片破裂或质量损失,引力不稳定性更有可能形成棕矮星和低质量恒星,而不是气体巨行星。
2013-01-07 astro-ph.EP astro-ph.SR
Turbulence and its effect on protostellar disk formation
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。此外,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。
2015-09-15 astro-ph.GA astro-ph.SR
Revealing the dynamics of Class 0 protostellar discs with ALMA
我们提出了合成的ALMA观测开普勒,原恒星盘在0级阶段研究发射的分子示踪剂,如$^{13}$ CO,C $^{18}$ O,HCO $^+$,H $^{13}$ CO $^+$,N $_2$ H $^+$,和H $_2$ CO。我们模拟低,中等质量的原恒星周围的光盘的排放。我们表明,在最佳的观测条件下,ALMA是能够检测到光盘已经在最早阶段的原恒星演化,虽然排放往往集中在最里面的50 AU。因此,几个0.1英寸的分辨率可能太低,无法检测0类物体周围的克卜勒盘。我们还表明,在最佳条件下的边缘光盘开普勒旋转签名是可识别的,从中可以推断出原恒星的质量。为此,我们在这里介绍了一种新的方法,它使我们能够确定原恒星质量比以前更高的保真度。此外,我们表明,它是有可能揭示开普勒旋转,即使是强烈倾斜的光盘和ALMA应该能够检测到可能的迹象,在面对光盘的碎片。为了给未来的ALMA观测提供一些指导,我们研究了不同的观测条件和源距离的影响。我们表明,即使在中等天气条件下,也有可能在2h的观测时间和0.1”的分辨率下探测倾斜圆盘中的开普勒旋转。此外,我们表明,在最佳条件下,开普勒光盘周围的中等质量的原恒星应检测到kpc的距离。
2016-04-14 astro-ph.GA astro-ph.SR
A Lower Angular Momentum Limit for Self-Gravitating Protostellar Disc Fragmentation
我们试图验证最近的索赔(使用半解析模型),为球形均匀分子云的崩溃,碎片的自引力盘,随后形成可以预测单独使用云的初始角动量。实际上,这种情况等同于要求所产生的椎间盘充分伸展以便碎裂,与孤立椎间盘的研究一致。我们使用光滑粒子流体动力学与混合辐射转移调查这一说法,确认在一般情况下,均匀的球形分子云将产生破碎的自引力盘,如果旋转动能与引力势能的比率大于~ 5e-3,在此结果是相对不敏感的初始热能。这个条件在更高的云质量开始失效,这表明在大半径下足够的质量控制着碎片。虽然这些结果是基于高度理想化的初始条件,并可能不成立,如果光盘的吸积从周围的信封是充分不对称的,或者如果密度结构受到扰动,他们提供了一个合理的下限所需的最小角动量碎片光盘在没有显着的外部湍流。
2011-10-19 astro-ph.EP astro-ph.SR
Turbulent Linewidths as a Diagnostic of Self-Gravity in Protostellar Discs
我们使用平滑粒子流体动力学模拟的大规模原恒星光盘调查预测扩大的分子线光盘中,自引力是角动量运输的主要来源。这些模拟包括辐射转移,并涵盖了盘星质量比在0.25到1.5之间的范围。减去平均方位流速,计算了由于大尺度结构和自重引起的湍流引起的面内和垂直方向上的特征流速分布。对于较低的质量光盘,我们表明,特有的速度规模与有效的湍流粘度参数的平方根,预期从当地的粘性光盘理论。导出的速度是各向异性的,具有比垂直值大得多的面内值。随着圆盘质量的增加,局部确定的湍流近似的有效性被打破,这是伴随着巨大的面内加宽。由于低m螺旋模式的重要性,还存在高方差。对于低质量盘,面内加宽的幅度,领先的顺序,等于从本地盘理论的预测,不能约束湍流源。然而,结合我们的研究结果与先前的评估预期在磁盘中的磁旋转不稳定性(MRI)是活跃的湍流加宽,我们认为,自引力可能是区分从MRI在这些系统中,如果它是可能的,以测量的各向异性的特殊的速度场与磁盘倾角。此外,对于大质量盘,大尺度模式的主要贡献是自引力湍流与MRI驱动湍流的区别特征。
2012-08-21 astro-ph.EP astro-ph.SR
Dust trapping by spiral arms in gravitationally unstable protostellar discs
本文讨论了大质量原恒星盘中引力不稳定性对尘埃动力学的影响。从光滑粒子流体动力学(SPH)模拟出发,我们计算了尘埃在准静态气体密度结构中的演化。对于不同的粒度分布,我们已经调查了螺旋臂捕获颗粒的能力。我们已经运行了三维辐射转移模拟,以构建(亚)毫米和近红外波长的预期发射图。最后,我们模拟了我们的光盘模型在(亚)毫米和近红外波长,因为他们可能会出现与阿塔卡马大毫米/亚毫米阵列(ALMA)和高对比度冠状成像仪自适应光学(HiCIAO),以调查是否有螺旋结构的观测签名。我们发现,引力不稳定性引起的压力不均匀性产生不可忽略的动力学效应厘米级的粒子导致显着的超密度的螺旋臂。我们还发现,螺旋结构是很容易检测到的ALMA在很宽的范围内(分)毫米波长和HiCIAO在近红外散射光的非面对光盘位于蛇夫座恒星形成区域。此外,我们发现明确的空间光谱指数的变化,整个光盘,揭示了尘埃捕获产生的迁移大颗粒,可以通过多波长观测(亚)毫米的潜在调查。因此,迄今在原行星盘中观察到的旋臂可以解释为引力不稳定性发展引起的密度波。
2015-04-30 astro-ph.EP astro-ph.SR
Impact of the Hall effect in star formation : improving the angular momentum conservation
我们在这里对约束传输方案中使用的二维黎曼求解器的霍尔效应的数值实现进行了微小的修改,如Marchand等人所述。(2018)。在以前的工作中,测试表明,角动量在原恒星坍缩模拟过程中不守恒,具有重大影响。通过在一维Riemann求解器中非磁变量的特征速度中去除哨声波速度,我们能够将测试情况下的角动量守恒提高一个数量级,同时保持该方案的二阶数值收敛性。我们还重现了Tsukamoto等人的模拟。(2015)具有一致的双折射率,三个非理想MHD效应和初始旋转,并同意他们的结果。在这种情况下,角动量守恒的破坏对于总的角动量和圆盘的角动量是可以忽略的。
2019-10-28 astro-ph.SR
On the frequencies of circumbinary discs in protostellar systems
本研究通过星团形成的辐射流体动力学模拟分析环双星盘,揭示其发生率与双星间距的双峰分布规律,以及系统阶数对盘尺寸的影响,且模拟与观测的盘轨倾角分布无统计差异。
2023-06-09 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.SR
The Nature of Angular Momentum Transport in Radiative Self-Gravitating Protostellar Discs
自引力盘的半解析模型通常使用粘性现象来近似由引力不稳定性产生的角动量输运。这使得就业的标准粘性发展方程,并给出了有前途的结果。然而,目前尚不清楚这种近似值何时合适。本文使用高分辨率三维光滑粒子流体动力学(SPH)模拟的自引力原恒星盘辐射转移测试这种近似。角动量输运的性质与引力不稳定性的特点是作为一个函数的恒星质量和盘星质量比。有效粘度根据圆盘中的雷诺应力和重力应力计算得出。然后将其与如果通过假设局部热力学平衡或等效地局部耗散速率与局部冷却速率相匹配来确定有效粘度时所预期的情况进行比较。一般来说,这里考虑的所有圆盘都进入了一种自我调节的状态,在这种状态下,引力不稳定性产生的加热被局部辐射冷却所调制。研究发现,只要盘的纵横比很小(H/R <0.1),低质量盘确实可以用局部α参数化表示,这通常是盘星质量比q <0.5的情况。然而,这一结果并不适用于质量接近中心物体的圆盘。这些都受到瞬态突发事件和全球波运输,并没有很好地模拟假设当地的热力学平衡的有效粘度。尽管有这些影响,它表明,大规模的(紧凑)光盘可以保持稳定,而不是碎片,迅速发展,以减少其盘星质量比通过恒星吸积和径向扩散。
2010-08-09 astro-ph.EP astro-ph.SR
The structure of young embedded protostellar discs
年轻的原恒星盘为行星形成提供了初始条件。这些光盘的属性可能是不同的后期(金牛座T)光盘由于不断下降的信封和原恒星的变化造成的不规则的气体吸积。我们使用一组流体动力学模拟来确定在坍缩分子云中形成的盘的结构。我们研究如何从主机原恒星的辐射反馈影响光盘的属性,通过检查三个制度:没有辐射反馈,连续的辐射反馈和情节反馈,类似于FU Ori-type爆发。我们发现,径向表面密度和温度分布的变化显着的磁盘吸积气体从下降信封。这些配置文件是敏感的螺旋结构的存在下,引起的引力不稳定性,以及由原恒星提供的辐射反馈,特别是在这种情况下,当反馈是情节。我们还调查是否从位置-速度(PV)图的质量估计是准确的早期阶段光盘。我们发现,原恒星系统的质量(即原恒星和它的光盘的质量)被低估了20%,由于气体上的径向压力梯度增强的影响。早期星盘的质量是原恒星质量的一个重要部分,因此位置-速度图不能准确地提供原恒星的质量。在年轻圆盘中预期的增强的径向压力梯度可能会导致由于气体阻力而导致的粉尘消耗速率增加,从而导致粉尘-气体比降低。
2017-08-04 astro-ph.GA astro-ph.SR
Protostellar disc structure and dynamics during star formation from cloud-scale initial conditions
本研究通过高分辨率磁流体动力学模拟,揭示了原恒星盘在10,000年内的湍流、间歇性吸积及磁结构演化,强调湍流在早期吸积变率中的关键作用。
2025-06-27 astro-ph.GA 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
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 magnetohydrodynamics vs turbulence I: Which is the dominant process in protostellar disc formation?
非理想磁流体动力学(MHD)是主导过程。我们调查的磁场(理想和非理想)和湍流(亚和transsonic)的形成,形成几乎同时形成的原恒星盘上的效果。这是通过模拟1~M $_\odot$气体云的引力坍缩来完成的,该气体云被磁场穿过并施加有旋转和湍流速度。我们调查的磁场是平行/反平行和垂直于旋转轴,两个转速和四个马赫数。盘形成优先发生在包括非理想MHD的模型中,其中磁场反平行或垂直于旋转轴。这是独立的初始旋转速率和湍流水平,表明亚音速湍流在影响盘的形成中起着最小的作用。除了第一核心流出的初始水平的湍流的影响,非理想的MHD过程中更重要的是比湍流过程中形成的磁盘围绕低质量的恒星。
2020-05-11 astro-ph.EP astro-ph.GA 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
Radio emission from massive protostellar objects
从理论和观测的角度来看,对大质量恒星形成的研究提出了复杂的挑战。例如,除了无线电和红外波长之外,进化的初始阶段几乎是隐藏的。在这篇文章中,在陈述了大质量恒星形成的一些问题之后,讨论了射电观测在揭示所涉及的物理学方面的作用。历史上的观测结果进行了简要概述,低能量和高能量方面的现象之间的联系得到解决。最后,报告了以一些新调查形式提供的数据。
2011-02-06 astro-ph.SR
Protostellar discs formed from turbulent cores
我们调查的崩溃和破碎的低质量,trans-sonically湍流星前核心,使用SPH模拟。初始条件是稍超临界的Bonnor-Ebert球,它们具有相同的密度分布、相同的质量(M_O=6.1 Msun)和相同的半径(R_O= 17,000 AU),但具有不同的初始湍流速度场。已经产生了400个紊流速度场,所有这些都按比例缩放,使得平均马赫数为M=1。然后,这些子集,有一个范围内的净角动量,j,已经演变。这些湍流核心的演化与j没有很强的相关性。相反,由于会聚的湍流形成了对流结构,从而缓和了湍流核心的演化。大部分(~ 82%)的原恒星是由湍流核心形成的,其中有原恒星吸积盘,但只有很小一部分(~16%)的吸积盘足够冷,并扩展到发展非线性引力不稳定性和碎片。
2009-08-17 astro-ph.GA astro-ph.SR
Revisiting gravitational instability in protostellar discs with improved radiative cooling models
School of Physics and Astronomy, University of Leeds(利兹大学物理与天文学院);SUPA, Institute for Astronomy, University of Edinburgh(爱丁堡大学天体物理卓越卓越中心天体物理研究所);Centre for Exoplanet Science, University of Edinburgh(爱丁堡大学系外行星科学中心);Centre for Exoplanets and Habitability, University of Warwick(华威大学系外行星与宜居性中心);Department of Physics, University of Warwick(华威大学物理系)
本研究采用改进的辐射冷却模型进行流体动力学模拟,发现原恒星盘的碎裂参数与早期模拟不同,GI驱动的行星形成不局限于最延展的盘,大尺度螺旋臂并非GI的典型结果。
2026-08-14 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.SR
Protostellar chimney flues: are jets and outflows lifting submillimetre dust grains from discs into envelopes?
本文利用CALYPSO样本数据发现0/I类原恒星内包层低尘埃不透明度谱指数与喷流外流质量损失率呈反相关,提出喷流外流将毫米级尘埃从盘面抬升至包层的输运机制,并讨论其对行星形成的影响。
2023-11-27 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.SR
A theoretical perspective on the formation and fragmentation of protostellar discs
讨论了影响原恒星盘形成和引力碎裂的因素。我们首先回顾如何观测星前核心可以进行统计分析,以产生合理的初始条件,模拟其随后的崩溃。基于这些初始条件的模拟表明,尽管星前核心的湍流水平较低,但它们提供的主要原恒星和相关光盘通常会受到随机脉冲扰动;因此原恒星的自旋和轨道不对准是常见的。此外,模拟产生的原恒星,集体有一个质量函数和二进制的统计相匹配,在附近的恒星形成区观察到的,但只有当一个显着的部分,在核心的湍流能量是螺线管,吸积到主原恒星是偶发的占空比> 3000年。在这种情况下,一个核心通常会产生4到5颗原恒星,效率很高,而质量较低的原恒星主要是由盘碎片形成的。圆盘中的原始碎片在动力学时间尺度上损失热能的要求表明,{ \bf存在}圆盘碎片化的最佳点,半径为70 AU < R < 100 AU,温度为10 K < T < 20 K,这可能解释了棕矮星沙漠。
2016-05-18 astro-ph.SR
Gas Flows Within Cavities of Circumbinary Discs in Eccentric Binary Protostellar Systems
通过二维流体动力学模拟研究了偏心双星中恒星组成部分周围的环双星盘(CBD)空腔内气体流动的结构和演化。在多大程度上气体填充之间的空腔的拱星盘(CSD)和CBD被发现是更大的高偏心率的系统,相比低偏心率的系统,反映了空间范围内的质量进入整个轨道的空腔。偏心双星的腔中气流的模式不同于圆形轨道上的双星。特别是,前者揭示了紧密缠绕的气流和8字形结构的系统,其特征在于偏心率,$e \ge 0.4$,而后者只揭示了相对松散的弯曲流从CBD的CSD。因此,流结构的描述可以作为双星轨道运动充分非圆性的一个探测器。由于复杂的气体结构,CBD的内边缘对于高度偏心的系统不是很好地定义,因此建议用于高灵敏度成像观测的腔的区域可能被证明是一个更有用的诊断,用于探测未来CBD清除的有效性。
2019-04-23 astro-ph.EP astro-ph.SR
The First Estimation of the Ambipolar Diffusivity Coefficient from Multi-Scale Observations of the Class 0/I Protostar, HOPS-370
本文首次在假设盘半径由双极扩散决定的前提下,推导解析方程估算了 Class 0/I 原恒星 HOPS-370 盘边缘的双极扩散系数,发现双极扩散在该区域占主导且具有动力学重要性,为理解原恒星盘观测中的非理想 MHD 效应提供了新方法。
2024-04-25 astro-ph.GA astro-ph.SR
Magnetorotational Instability in Diamagnetic, Misaligned Protostellar Discs
在本研究中,我们解决的问题是如何修改时的径向分量的恒星偶极子磁场的垂直分量被考虑到的磁旋转不稳定性的增长率。考虑到一个基准半径在光盘中的抗磁电流是明显的,我们进行了线性稳定性分析,以获得各种参数,如径向与垂直分量的比率和梯度的磁场,Alfvenic马赫数和抗磁化参数的磁旋转不稳定性的增长率。我们的研究结果表明,反磁电流和径向分量的磁场之间的相互作用增加了磁旋转不稳定性的增长率,并产生一个垂直于盘平面的力,这可能会导致扭矩。它还示出,考虑磁场的径向分量,并考虑到在磁场的垂直分量的径向梯度导致的轴对称($m=0$)和非轴对称($m=1$)模式的增长率的幅度增加。
2020-02-06 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.plasm-ph
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
Protostellar spin-up and fast rotator formation through binary star formation
通过磁流体动力学模拟发现,主星星周盘的引力不稳定性导致高比角动量物质吸积,触发自旋加速并促进伴星形成,从而解释了双星系统中快速自转星的成因。
2024-08-26 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.SR
Fragmenting protostellar disks: properties and observational signatures
利用数值流体动力学模拟方法,研究了质量为1.2M太阳的前星核坍缩过程中形成的不稳定原恒星盘的引力碎裂。正在形成的碎片的质量范围从木星质量到非常低质量的原恒星,距离从几十到一千天文单位不等,很少有小于100天文单位的天体。我们探讨了通过流出腔在250 pc的距离观察检测椎间盘中碎片的可能性。我们证明,一个小时的集成时间与阿塔卡马大型毫米/亚毫米阵列(ALMA)是足够的检测质量低至1.5兆焦耳的碎片在轨道距离高达800 AU的原恒星。ALMA决议对可探测碎片的最小轨道距离设定了限制。对于我们模拟的ALMA图像的分辨率为0.1”,可以在50 AU的距离处检测到碎片。在较小的距离处,碎片通常与中心密度峰合并。对于0.5”的较低分辨率,检测碎片的可能性显著降低。一些质量最大的碎片,无论其轨道距离如何,都可以在大约5微米处产生特征峰,因此可以从观测到的原恒星光谱能量分布中间接推断出它们的存在。
2013-06-18 astro-ph.EP 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
Thanatology in Protoplanetary Discs: the combined influence of Ohmic, Hall, and ambipolar diffusion on dead zones
原行星盘由于其低温和高柱密度而难以电离,因此受到三种“非理想”磁流体动力学效应的影响:欧姆耗散、双极扩散和霍尔效应。自磁旋转不稳定性被发现以来,磁驱动湍流的存在一直是一个中心问题。早期的模型只考虑欧姆扩散,并导致分层吸积的情况下,在磁盘中平面的磁“死”区是嵌入在磁“活跃”的表面层在距离中央原恒星物体约1-10 au。最近的工作表明,欧姆耗散和双极扩散的组合可以使两个中平面和表面层的光盘不活跃,扭矩由于磁驱动的外流需要解释所观察到的吸积率。我们重新评估这张照片进行三维数值模拟,包括,第一次,所有三个非理想的MHD效应。我们发现,霍尔效应一般可以“复活”死区,通过产生一个占主导地位的方位角磁场和大规模的麦克斯韦应力整个中平面,提供的角速度和磁场满足Ω.B > 0。随之而来的大磁压力改变了垂直密度分布,并大大增加了磁盘刻度高度超过其流体静力学值。流出是产生的,但不是解释吸积速率<10^{-7} Msun/yr所必需的。圆盘中平面内的流动基本上是层流,这表明灰尘沉降可能是有效的。这些结果表明,如果MRI是相关的驱动质量吸积在原行星盘,必须包括霍尔效应,以获得甚至定性正确的结果。
2014-04-18 astro-ph.EP 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
Origin of Misalignments: Protostellar Jet, Outflow, Circumstellar Disc, and Magnetic Field
最近的观测揭示了原恒星周围的各种现象,如外流和磁场之间的不对准,喷流的进动,以及喷射团块的时间变化,其起源正在争论之中。我们进行了一个三维的电阻磁流体动力学模拟的原恒星形成的恒星形成的核心,其旋转轴是倾斜的角度$45^\circ$相对于初始磁场,其中原恒星的空间分辨率为$0.01\,$ au解决。在低密度外区,星前核由于磁通冻结而沿磁场线收缩。另一方面,在高密度内部区域,当气体数密度超过约$10^{11}\,{\rm cm^{-3}}$时,磁耗散变得有效并减弱磁效应。然后,扁平圆盘的法线方向与角动量矢量对齐。外流,喷流,和原恒星喷射驱动从不同尺度的拱盘和喷流在不同的方向垂直于翘曲盘。这些轴与全球磁场方向不一致,并随时间变化。这项研究表明,一对夫妇的错位性质的观测报告,可以同时再现,只有通过假设恒星形成的核心围绕不同的方向旋转的磁场。
2019-03-13 astro-ph.SR
Anatomy of a Fall: Stationary and super-Keplerian spiral arms generated by accretion streamers in protostellar discs
针对晚期下落对原行星盘的物质补充及亚结构影响,本文通过3D光滑粒子流体动力学模拟顺向流-盘相互作用,揭示其激发的螺旋臂具有静止至超开普勒的多模式速度、长寿命等特性,为观测诊断提供依据。
2025-02-11 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.SR
MHD simulations of the formation and propagation of protostellar jets to observational length scales
我们提出了2.5-D的全球性,理想的磁流体动力学模拟的磁驱动和旋转驱动的原恒星喷流从开普勒吸积盘,其中只有初始磁场强度在光盘的内半径,$B_{\rm i}$,是不同的。使用AMR-MHD代码AZEUS,我们自洽地遵循喷流演变到观测制度($>10^3\,\mathrm{AU}$)与空间动态范围$\sim6.5\times10^5$。模拟揭示了三个组成部分的流出:1)热,密集,超快和高度磁化的“射流核心”; 2)冷,稀薄,trans-fast和高度磁化的“鞘”围绕射流核心,并延伸到切向不连续性;和3)温暖,密集,trans-slow和弱磁化的冲击周围介质夹带的推进弓激波。模拟揭示了$B_{\rm i}$和射流推进速度,$v_{\rm jet}$,平均射流旋转速度,$\langle v_φ\rangle$,以及质量,动量和动能通量之间的幂律关系。不依赖于$B_{\rm i}$的电子包括被输送物质的等离子体- $β$,在所有情况下,其似乎渐近于阶数1。喷气式飞机是由“磁塔”和“线上珠”机制的组合发射的,前者占了大部分的喷气式飞机加速-即使是在强磁场下-并继续远远超过快磁音速点。在任何时候都没有领先的弓激波离开域,因此,这些模拟产生大规模的喷流,再现许多原恒星喷流,包括其特征速度和传输通量的观察到的属性。
2019-01-09 astro-ph.GA astro-ph.HE 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
The ALMA Legacy survey of Class 0/I disks in Corona australis, Aquila, chaMaeleon, oPhiuchus north, Ophiuchus, Serpens (CAMPOS). I. Evolution of Protostellar disk radii
本研究利用ALMA对七个附近分子云中的184个原恒星盘进行高分辨率1.3mm观测,发现盘半径随演化存在变异性,且Class 0盘半径分布与现有盘形成模型存在矛盾。
2024-09-24 astro-ph.EP astro-ph.SR
Simulations of the isothermal collapse of magnetic rotating protostellar clouds
我们研究了质量为$10$和$1 M_{\odot}$的磁性原恒星云的坍缩。崩溃的数值模拟使用二维磁流体动力学(MHD)的代码“恩里尔”。模拟结果表明,原恒星云获得一个层次结构的等温阶段的崩溃结束。在电磁力的作用下,原恒星云呈现出半厚半径比为$Z/R \sim (0.20-0.95)$的扁球形包层。在包层内部形成了一个几何上和光学上都很薄的主盘,半径分别为$0.2-0.7 R_0$和$Z/R \sim (10^{-2}-10^{-1})$,其中$R_0$是云的初始半径。初级盘是处于静磁平衡的结构。当云的初始磁能超过其引力能的$20 \%$时,它们就形成了。主盘的质量是云的初始质量的$30-80 \%$。第一流体静力核心随后形成在主盘的中心。我们讨论了主盘在云的进一步演化中的作用,以及从磁场几何特征和不同层次的角动量分布的角度讨论了坍缩云内部层次的可能观测现象
2022-10-22 astro-ph.GA astro-ph.SR
Generating large misalignments in gapped and binary discs
许多原恒星有间隙的盘和双星盘在它们的内外盘之间显示出不对准;在某些情况下,已经观察到$\sim70$度的不对准。在这里,我们表明,这些错位可以通过一个“长期的岁差共振”之间的节点进动的内盘和岁差的间隙开放(恒星或大质量行星)的同伴。一个演化中的原恒星系统可能会在其生命周期中自然地穿越这种共振,这是由于圆盘耗散和/或伴随迁移。如果共振交叉发生在正确的时间尺度上,大约几百万年,这是年轻原恒星系统的特征,那么内外盘可能会高度错位($\gtrsim 60$度)。当主星的质量是太阳质量的量级时,产生显著的不对准通常需要伴星的质量为$\sim 0.01-0.1$ M $_\odot$,轨道间隔为几十个天文单位。最近在有间隙的高度错位系统HD 142527的空腔中观察到的伴星满足这些要求,表明先前的共振交叉事件使内外盘错位。我们对HD 142527的未对准圆盘的假设预测,伴星的轨道平面与外圆盘的轨道平面对齐;随着伴星轨道的绘制,这一预测应该可以通过未来的观测来验证。在其他几个有间隙的光盘系统中观察到的错位可以由相同的长期共振机制产生。
2017-03-27 astro-ph.EP 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
Protostellar outflows with Smoothed Particle Magnetohydrodynamics (SPMHD)
分子云核的原恒星坍缩通常伴随着外流现象。后者被认为是由原恒星盘中心部分的磁旋转过程驱动的。虽然一些三维AMR/嵌套网格研究的流出现象,在崩溃的磁超临界致密的核心已在文献中报道,到目前为止,没有这样的模拟已经进行了使用光滑粒子流体动力学(SPH)方法。这主要是由于内在的数值困难处理磁流体力学内SPH,这只是最近才部分解决。在这项工作中,我们使用的方法,我们发展的磁场通过感应方程,增强稳定性校正和发散清洗计划。我们考虑一个太阳质量的旋转核心的崩溃,线程由一个弱磁场最初平行于旋转轴,使核心是磁超临界。我们表明,光滑粒子磁流体动力学(SPMHD)是能够处理与外流现象的磁旋转过程,并产生有意义的结果,这是在良好的协议与文献报道的结果。特别是,我们的数值方案允许定量分析的比率的演变的环向极向磁场,我们在这项工作中进行。
2011-08-04 astro-ph.SR