A radiation hydrodynamics scheme on adaptive meshes using the Variable Eddington Tensor (VET) closure
本文提出了一种新的算法来求解辐射流体力学(RHD)方程的频率积分,两个时刻的提法。该算法的新特点包括:i)采用非局部可变爱丁顿张量(VET)封闭的辐射矩方程,计算与射线跟踪方法,ii)支持自适应网格细化(AMR),iii)使用时间隐式Goddom方法的双曲传输的辐射,和iv)一个定点皮卡迭代计划,以准确地处理刚性非线性气体辐射能量交换。测试表明,我们的计划工作正确,产生准确的气体和辐射之间的能量和动量传递率,并获得正确的辐射场分布,即使在更常用的情况下-但不太准确-封闭关系,如通量限制扩散和矩-1近似失败。我们的计划提出了一个重要的一步,以提高空间和方向的准确性,有效地提高其预测能力进行RHD模拟。
2022-03-23 astro-ph.GA astro-ph.IM astro-ph.SR
CAFE-R a code that solves the special relativistic radiation hydrodynamics equations
我们提出了一个三维特殊的相对论辐射流体力学程序。它使用的辐射反演计划与M1-封闭关系的辐射方程,它允许治疗范围广泛的光学深度,温度和不透明度。辐射场采用灰体近似处理。我们提出了标准的1D和2D测试,包括光学薄和厚的情况下,以及流体力学和辐射压力为主的配置。作为在3D中的应用,我们展示了由辐射流体动力学驱动的具有螺旋扰动的射流的演化。预计该代码将允许探索高能天体物理学中辐射很重要的场景,如GRB源。
2019-03-12 astro-ph.GA astro-ph.HE gr-qc
Driving gas shells with radiation pressure on dust in radiation-hydrodynamic simulations
我们提出了辐射驱动的气体壳层发射明亮的活动星系核(AGN)在孤立的暗物质晕的辐射流体动力学模拟。我们的目标是(1)调查活动星系核辐射压力的尘埃发射星系外流的能力和(2)限制红外(IR)多重散射的效率,提高外流加速。我们的模拟进行了辐射流体动力学代码RAMSES-RT,包括单散射和多散射的辐射压力从AGN,辐射冷却和自引力。由于流出的壳层最终对入射辐射场总是透明的,所以即使在高AGN光度下,吹扫所有介入气体的流出物也可能保持与它们的晕的引力束缚。流出壳的膨胀是很好地描述了简单的分析模型,只要壳是温和的光学厚度的红外辐射。在这种情况下,通过IR多次散射的壳的加速度的增强如预测的那样发生,即力dP/dt = tau_IR L/c施加在气体上。然而,对于高光学深度τ_IR > 50,即使辐射被有效地限制,流出的光学厚气体和IR辐射之间的动量传递也被迅速抑制。在高τ_IR处,特征流动时间变得比IR辐射的所需捕获时间短,使得动量通量dP/dt <<τ_IR L/c。我们认为,虽然不太可能解开大规模的星系气体晕,活动星系核辐射压力的尘埃可以发挥重要作用,在调节恒星的形成和黑洞吸积在大规模的紧凑星系的核在高红移。
2018-05-24 astro-ph.GA
Galaxies that Shine: radiation-hydrodynamical simulations of disk galaxies
辐射反馈通常是利用亚网格方法在星系的流体动力学模拟中实现的。到目前为止,使用辐射流体动力学(RHD)进行的工作很少,并且对于辐射反馈在星系演化中的重要性没有达成共识。我们提出了RHD模拟孤立的星系盘的不同质量的分辨率为18 pc。除了考虑超新星反馈,我们的模拟是第一个星系尺度的模拟,包括RHD处理的光电离加热和辐射压力,从直接的光学/紫外辐射和多散射,再处理的红外(IR)辐射。光加热使盘平滑和变厚,抑制恒星形成,其程度与超新星反馈(“热转储”)的作用差不多。这些影响随着星系质量的增加而减少,主要是由于阻止了致密云的形成,而不是破坏它们。辐射压力,无论是从直接或红外辐射,影响不大,但红外辐射,我们表明,其影响是有限的,我们无法解决高光学深度的多散射变得重要。虽然人为增加红外光学深度确实减少了恒星的形成,但它是通过平滑气体而不是通过产生更强的外流来实现的。我们的结论是,虽然需要更高分辨率的模拟,并可能也不同的超新星实现,以确认,我们的研究结果表明,辐射反馈是更温和,更有效的比通常假设在次网格处方。
2015-05-27 astro-ph.GA
Radiation hydrodynamics simulations of the evolution of the diffuse ionized gas in disc galaxies
有强有力的证据表明,弥漫电离气体(DIG)在盘星系的光电离辐射的紫外发光的O和B星在银盘,无论是从观测和详细的数值模型。然而,目前还不清楚是什么机制负责提供必要的压力支持的扩散气体层在kpc规模以上的光盘。在这项工作中,我们调查,如果由光电离引起的压力增加可以提供这种支持。我们运行自洽辐射流体动力学模型的气体盘在外部潜力。我们发现,光电离反馈可以驱动低层次的湍流在致密的星系盘,它提供了压力支持的扩展扩散气体层。我们的研究结果表明,有一个自然的微调之间的总电离辐射预算的源在星系中的ISM的不同电离阶段的气体量,并提供了第一个完全一致的辐射流体动力学模型的DIG。
2019-07-03 astro-ph.GA
VETTAM: A scheme for radiation hydrodynamics with adaptive mesh refinement using the variable Eddington tensor method
我们提出了可变爱丁顿张量封闭运输自适应网格(\texttt{VETTAM}),一种新的算法来解决辐射流体动力学方程(RHD)与支持自适应网格细化(AMR)的频率集成,两个时刻制定。该方法是基于一个非本地变量爱丁顿张量(VET)封闭计算的混合特征计划的射线跟踪。我们使用Goddom方法的双曲传输的辐射与隐式向后欧拉时间更新,以避免明确的时间步长约束所施加的光交叉时间,和一个定点Picard迭代计划来处理非线性气体辐射交换项,与两个隐式更新阶段联合迭代收敛。我们还开发了一个修改后的AMR,我们发现这是至关重要的,在扩散制度获得准确的结果的波速校正方法。我们证明了我们的计划的鲁棒性与一套纯辐射和RHD测试,并表明它成功地捕捉流,静态扩散和动态扩散制度和它们之间的空间转换,投下尖锐的阴影,并产生准确的结果辐射和气体之间的动量和能量交换率。比较了辐射矩方程的Eddington近似(0阶矩封闭)和$M_1$近似(1阶矩封闭)的不同封闭方案,表明了VET方法(2阶矩封闭)优于简单封闭方案。\texttt{VETTAM}已被耦合到AMR \texttt{FLASH}(磁)流体动力学代码,我们总结报告的性能特点和瓶颈,我们的实施。
2022-02-17 astro-ph.GA astro-ph.IM astro-ph.SR
Formation of globular clusters induced by external ultraviolet radiation II: Three-dimensional radiation hydrodynamics simulations
我们探讨了在紫外背景辐射下形成球状星团的可能性。长谷川等人的一维球对称辐射流体动力学(RHD)模拟表明,暴露在强烈紫外线辐射下的低质量(10^6-10^7太阳质量)气体云的坍缩,如果气体云以超音速的速度收缩,可能会导致像球状星团(GC)这样的致密星团的形成。然而,三维效应,如背景辐射的各向异性和气体云中的不均匀性,迄今为止还没有研究。在本文中,我们在半宇宙学的背景下进行三维RHD模拟,并重新考虑在强紫外辐射场中致密星团的形成。因此,我们发现,虽然各向异性的辐射场带来了一个细长的阴影中性气体,几乎球形的紧凑星团可以从“超音速下降”云产生,因为光离解辐射抑制形成的氢分子在阴影区域和该地区被压缩的紫外线加热的环境气体。由此产生的星团的性质与GC的性质相匹配。另一方面,在弱紫外辐射场中,由于电离光子的自屏蔽效应和正反馈作用,形成了以暗物质为主的低密度星团。因此,我们得出结论,在强紫外背景下的“超音速降落”是一个潜在的机制,形成GC。
2016-09-08 astro-ph.GA
Modeling UV Radiation Feedback from Massive Stars: II. Dispersal of Star-Forming Giant Molecular Clouds by Photoionization and Radiation Pressure
来自年轻大质量恒星的紫外辐射反馈通过光蒸发和喷射周围的气体在巨分子云的演化中起着关键作用。我们进行了一套辐射流体动力学模拟的星团形成的边缘约束,湍流GMC,专注于调节净恒星形成效率(SFE)和云寿命的光电离和辐射压力的影响。我们发现,净SFE主要取决于初始气体的表面密度,$Σ_0$,使SFE从4%增加到51%,$Σ_0$从$13\,M_{\odot}\,{\rm pc}^{-2}$增加到$1300\,M_{\odot}\,{\rm pc}^{-2}$。辐射反馈开始后,在$2$ - $10\,{\rm Myr}$内或在$0.6$ - $4.1$自由落体时间内(随$Σ_0$增加)发生云破坏。光蒸发在大质量低表面密度云的质量损失中占主导地位,但由于大多数光子在电离边界的斯特伦格伦体积中被吸收,因此光蒸发气体分数与SFE的平方根成正比。测量的动量注入由于热和辐射压力的力量是成比例的$Σ_0^{-0.74}$,和中性的喷射大大有助于低质量和/或高表面密度云的破坏。我们提出了半解析模型介导的光蒸发和动态质量喷射的云扩散,并表明,预测的净SFE和质量损失效率是一致的,我们的数值模拟的结果。
2018-04-12 astro-ph.GA
Hierarchical fragmentation in high redshift galaxies revealed by hydrodynamical simulations
高红移的恒星形成星系与邻近的星系相比有着非常不同的形态。事实上,它们经常被质量高达$10^{8-9}$ $\mathrm{M}_\odot$的明亮恒星形成结构所主导,被称为“巨块”。然而,最近的观测结果质疑这一结果,只显示低质量结构或根本没有结构。本文利用自适应网格细化方法对星系进行了秒差距尺度的流体动力学模拟,研究了星团高红移星系内部结构的形成。我们发现,在非常丰富的气体星系恒星形成发生在小的气体集团与质量低于$10^{7-8}$ $\mathrm{M}_\odot$,本身位于巨大的复合物与质量高达$10^8$,有时$10^9$ $\mathrm{M}_\odot$。这些巨大的结构在质量和大小上与成像调查中观察到的巨大团块相似,特别是哈勃太空望远镜。使用模拟观测模拟星系,我们表明,在非常高的分辨率与仪器,如阿塔卡马大型毫米阵列或通过引力透镜,只有低质量的结构可能会被检测到,他们聚集成巨大的复合体可能会错过。这导致无法检测到巨大的团块,因此在检测这些结构时引入了偏差。我们表明,模拟的巨大团块可以引力约束,即使在模拟ALMA观测和HST观测透镜星系的代表未被检测到。然后,我们比较了一个最初温暖的磁盘自上而下的碎片和一个最初冷的磁盘自下而上的碎片,以表明团块的形成过程不会影响它们的物理性质。
2021-01-28 astro-ph.GA
Radiation Hydrodynamic Simulations of Dust-Driven Winds
我们研究了在快速恒星形成环境的大气中由辐射压力驱动的尘埃风。我们应用可变爱丁顿张量算法重新检查的二维辐射流体动力学问题的气体柱,是由一个恒定的红外辐射通量加速。在没有重力的情况下,系统的主要特征是气体的初始光学深度。我们用不同的初始光学深度和分辨率进行了几次运行。结果表明,随着气体的平均速度和速度弥散度的增大,气体沿垂直方向扩散。与以前的工作相比,使用通量限制扩散算法,我们发现捕获因子的演变很小。在没有重力的情况下,辐射和气体之间的动量耦合与有重力的情况类似。当爱丁顿比随系统高度增加时,从辐射到气体的动量传递不仅是$\sim L/c$,而且被放大了$1+ητ_{\rm IR}$倍,其中$τ_{\rm IR}$是通过系统的积分红外光学厚度,而$η\sim0.5-0.9$随光学厚度减小。我们将我们的结果应用到星系的大气中,并得出结论,辐射压力可能是驱动最快速的恒星形成星系和星爆中的风的重要机制。
2017-03-23 astro-ph.GA
Lyman-alpha radiation hydrodynamics of galactic winds before cosmic reionization
Lyman α(Lyα)辐射压对星系形成的动力学影响取决于Lyα光子与中性氢气之间动量传递的速率和持续时间。虽然光子捕获有可能使有效力倍增,但来自恒星源的电离辐射可能会在明显影响宿主星系的运动学或有效地将Lyα光子耦合到外流之前减轻Lyα压力。通过将COLT程序与球对称拉格朗日坐标系流体动力学耦合,对高$z$星系环境进行了Lyα辐射-流体动力学自洽模拟.在一维近似下,精确但计算量大的Monte-Carlo辐射转移计算是可行的。最初的星爆驱动着一个从中心膨胀的气体壳层,在某些情况下,Lyα反馈显著地提高了壳层的速度。对于位力质量为$M_{\rm vir} \lesssim 10^8~{\rm M}_\odot$的原星系,仅辐射反馈就能将重子喷射到星系际介质中。我们比较了具有$10^5$ K黑体辐射的星族III星的Lyα特征和具有非热康普顿厚谱的直接坍缩黑洞的Ly α特征,发现如果Lyα谱是由Lyα辐射驱动的风推动的气体形成的,则存在实质性差异。对于这两个源,从星系中出来的通量被IGM重新处理,使得观测到的Lyα光度显着降低,Lyα峰值的时间平均速度偏移向红移动。
2016-10-25 astro-ph.GA
3D Radiation hydrodynamics of a dynamical torus
利用三维辐射流体动力学算法,建立了一个新的活动星系核(AGN)环区动力学模型。这些新的模拟具有特定的目的,探索辐射驱动的外流的作用,这是激烈的争论,在目前的文献中,作为一个可能的解释所观察到的红外辐射从极地地区的活动星系核。在第一篇论文中,我们只考虑活动星系核的初级辐射引起的辐射效应。模拟产生了一个磁盘和外流结构,定性与观测一致,虽然外流是径向的,而不是极性的,可能是由于缺乏来自热尘埃的辐射压力。我们发现,在1000 K的气体温度和尘埃温度为100 K的风和磁盘之间的截止,产生的运动学签名,可用于解释高分辨率的红外观测。我们还制作了线发射图,以帮助解释最近的ALMA观测和未来的JWST观测。我们调查了一些模拟参数,并发现辐射场的各向异性是同样重要的爱丁顿因子,尽管各向异性往往被假定为有一个单一的,有时任意的形式在许多以前的作品。我们还发现,超新星可以有一个小的,但重要的影响,但只有在极高的恒星形成率。
2019-04-08 astro-ph.GA
The Emergence of Multiple Populations in Radiation Hydrodynamics Simulations of Cluster Formation
我们提出了一种新的方法来了解恒星之间的氦丰度变化的球状星团。我们开始详细的辐射流体动力学模拟的团簇形成在巨大的分子云,并调查的条件下,可以创建多个种群。随着团簇的组装,化学富集动态发生。我们测试了两种极端的机制,在集群内注入富集气体,并发现,现实的多个人口可以形成在这两种机制。随机的团簇形成历史是由小团簇形成的时间和位置的固有随机性决定的,小团簇快速合并以建立更大的团簇,并结合来自云的气体的持续增积。这些团簇形成的历史自然地产生了丰富的模式在整个大规模的集群人口的多样性。我们的结论是,多人口是一个自然的结果,典型的恒星团簇形成的模式。
2019-07-25 astro-ph.GA
Smoothed Particle Radiation Hydrodynamics: Two-Moment method with Local Eddington Tensor Closure
我们提出了一种新的辐射转移方法(SPH-M1 RT),该方法与平滑粒子流体动力学(SPH)动态耦合。我们实现它在(基于任务的并行)SWIFT星系模拟代码,但它可以直接实现在其他SPH代码。我们的基于矩的方法同时解决了辐射能量和通量方程SPH,使其适应在空间和时间。我们修改的M1封闭关系,以稳定在光学薄极限的辐射锋。我们还介绍了各向异性的人工粘性和高阶人工扩散计划,这使得代码能够准确地处理辐射传输的光学薄和光学厚制度。采用半隐式子循环技术求解非平衡热化学。我们的方法的计算成本是独立的源的数量,并可以进一步降低通过使用降低光速近似。我们证明了我们的方法的鲁棒性,将其应用到一组标准的测试从宇宙学辐射转移比较项目的Iliev等人。SPH-M1 RT计划是非常适合建模的情况下,许多来源发出电离辐射,如宇宙学模拟星系形成或模拟的星际介质。
2021-07-04 astro-ph.GA astro-ph.IM
3D Radiation Hydrodynamic Simulations of Gravitational Instability in AGN Accretion Disks: Effects of Radiation Pressure
通过3D辐射流体动力学模拟,发现辐射压增强使AGN吸积盘更易引力碎裂,显著降低临界粘滞参数并限制湍流水平,表明高爱丁顿吸积率下盘外区必然碎裂成恒星或黑洞。
2023-03-30 astro-ph.GA astro-ph.HE
AREPO-RT: Radiation hydrodynamics on a moving mesh
我们介绍AREPO-RT,一种新的辐射流体动力学(RHD)求解器的非结构化动网格代码AREPO。我们的方法解决了基于矩的辐射转移方程使用M1封闭关系。我们实现了二阶收敛,通过使用一个斜率有限的线性空间外推和一阶时间预测步骤,以获得原始变量的细胞界面两侧的值。一个Harten-Lax-Van Leer通量函数,适当修改为移动网格,然后用于解决界面处的黎曼问题。实现是完全保守的,并与AREPO的个人时间步进方案兼容。它结合了原子氢(H)和氦(He)热化学,用于将紫外线(UV)辐射场耦合到气体。此外,红外辐射耦合到气体和尘埃之间的局部热力学平衡的假设下。我们成功地将我们的代码大量的测试问题,包括应用程序,如扩展的${\rm H_{II}}$地区,辐射压力驱动的外流和悬浮光学厚层的气体被困红外辐射。新的实现是适合于研究各种重要的天体物理现象,如驱动星系尺度外流的辐射反馈的影响,辐射驱动的高红移类星体的尘埃风,或以自洽的方式模拟宇宙的再电离历史。
2019-02-01 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.IM