輻射流体力学の新しい定式化とその粒子法的計算法による天体形成過程の理論的研究

辐射流体力学新公式及其粒子法计算方法对天体形成过程的理论研究

基本信息

批准号：
15740118
负责人：
犬塚修一郎
金额：
$ 2.37万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2003
资助国家：
日本
起止时间：
2003 至 2005
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究の目的は輻射流体力学の定式化を再構成して、効率的な数値計算手法を開発して、天体形成理論に応用することである。輻射流体力学の相対論的な定式化およびそれを用いた線形波動の詳細な解析は完成し、現在それをまとめた論文を投稿している段階である。その定式化に基づく計算法に関しても、非相対論的な問題での手法はほぼ完成したので、今後は種々の具体的な問題に応用することが可能となった。但し、今後も計算を高速化するための工夫を続けていく必要がある。上記の研究に並行して、星形成過程の具体的な現象論における近似的な輻射流体力学計算も進めた。具体的には、大質量星が形成された領域に広がる電離・解離領域の膨張過程を研究した。計算は球対称1次元で、輻射場に関しては2流束近似を用いているが、解離を起こす紫外線光子のライン・スペクトルを解く必要があるため、非常に困難な計算である。実際、相互作用する電離波面と解離波面の両方を一貫性をもって計算したのは世界的にも初めての試みである。その結果、一般的な条件の場合、電離波面のすぐ前面に立つ衝撃波によつて圧縮された高密度層での分子ガスの割合は非常に大きくなることが明らかになった。この層は重力不安定により分裂して次の世代の星形成を誘発するが、形成される星の中に大質量星が含まれる場合は、さらに多くの星形成を誘発するので、爆発的星形成のメカニズムとなるえる。詳細な解析に基づいてこの誘発的星形成理論の一般論を提唱した。これらの結果は、米国・天体物理学会誌(Astrophysical Journal)に投稿された3本の論文となり、現在そのうちの1本は発表済み、また1本が受理されて発表予定である。残り1本を再投稿している段階である。

本研究的目的是重建辐射流体动力学的公式，开发有效的数值计算方法，并将其应用于天文形成理论。辐射流体动力学的相对论公式和使用它对线性波的详细分析已经完成，目前正在提交一篇总结它们的论文。对于基于这个公式的计算方法，非相对论问题的方法已经基本完成，因此将来可以将其应用于各种具体问题。不过，未来还需要继续努力加快计算速度。在进行上述研究的同时，我们还对恒星形成过程的具体现象进行了近似辐射流体动力学计算。具体来说，我们研究了大质量恒星形成区域中扩散的电离和解离区域的膨胀过程。计算是具有球对称性的一维，并且辐射场采用二通量近似，但这非常困难，因为它需要求解引起解离的紫外光子的线谱。事实上，这是世界上首次尝试一致地计算相互作用的电离波前和解离波前。结果表明，在典型条件下，紧邻电离波前的激波压缩的致密层中分子气体的比例变得非常大。该层由于引力不稳定而分裂，并诱发下一代恒星的形成，但如果形成的恒星包括大质量恒星，则会诱发更多的恒星形成，从而导致爆炸性的恒星形成，这就是形成的机制。在详细分析的基础上，提出了这种诱导恒星形成理论的一般理论。这些结果导致三篇论文提交给《美国天体物理学杂志》，其中一篇已发表，一篇已被接受并计划发表。我们目前正在重新发布剩余的一张。