星・惑星形成から星系形成へ-マルチスケール輻射磁気流体計算による研究

从恒星/行星形成到恒星系统形成 - 使用多尺度辐射磁流体动力学计算进行研究

基本信息

批准号：
14J06947
负责人：
富田賢吾
金额：
$ 1.16万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2014
资助国家：
日本
起止时间：
2014 至无数据
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-14J06947/
关键词：
星形成数値シミュレーション磁気流体力学輻射輸送

项目摘要

本研究では星形成過程のうち、分子雲コアからファーストコア・星周円盤に至るスケールをngr3mhdコードで、また円盤近傍の小スケールの構造をAthena++コードによりシミュレーションし、これらを組み合わせて分子雲から原始星に至る星形成過程全体の一貫したモデルを構築することを目的としている。ngr3mhdコードを用いたシミュレーションについては、双極性拡散(ambipolar diffusion)を取り入れたシミュレーションを行い、この効果により磁場が拡散して磁場による角運動量輸送が強く抑制され、これまで想定されていたよりも早い段階で星周円盤の形成が可能であることを示した。形成された円盤は星形成過程の初期では半径数AU程度と小さいが、その後のガス降着により成長すると考えられる。近年の電波干渉計による星周円盤の観測では、若い原始星周囲の星周円盤は小さいことが分かっており、この結果は観測とも整合的である。原始星周辺の小スケール構造を扱うシミュレーションには新規にAthena++コードの開発を進めている。本コードはこれまでPrinceton大学にて開発されてきたAthenaコードを完全に再設計するものであり、これまでよりも柔軟な格子配置、特に任意の領域に高解像度の格子を動的に配置する解適合細分化格子(Adaptive Mesh Refinement, AMR)を可能にすること、及び従来の磁気流体に加え自己重力や輻射輸送などの多くの物理過程を実装することを目的としている。またコードの性能にも重点を置いており、現代的なスーパーコンピューターで高性能が実現できるよう最適化を行っている。多様な座標系に適用可能な一般的なMHDソルバーの開発は順調に終了し、現在テストを進めている。またAMRについては現在設計を進めている段階である。

本研究中，在恒星形成过程中，我们使用NGR3MHD代码模拟了从分子云核心到第一核心和星周盘的尺度，并使用Athena++代码构建了盘附近的小尺度结构。导致恒星形成的整个恒星形成过程的一致模型。对于使用ngr3mhd代码的模拟，我们进行了包含双极扩散的模拟，这种效应会扩展磁场并强烈抑制磁场引起的角动量传输，从而比之前预期的更早阶段表明有可能形成。星周盘。在恒星形成过程开始时，形成的圆盘很小，半径为几个天文单位，但人们认为后来随着气体吸积而生长。最近利用射电干涉仪对星周盘的观测表明，年轻原恒星周围的星周盘很小，这一结果与观测结果一致。我们正在开发一种新的 Athena++ 代码，用于模拟处理原恒星周围的小规模结构。该代码是对普林斯顿大学之前开发的 Athena 代码的完全重新设计，并提供了更灵活的网格放置，特别是在任意区域动态放置高分辨率网格的能力，旨在启用自适应网格细化（AMR）并实现。除了传统的磁流体之外，还有许多物理过程，例如自重力和辐射传输。它还专注于其代码的性能，对其进行优化以在现代超级计算机上实现高性能。适用于各种坐标系的通用MHD求解器的开发已成功完成，目前正在进行测试。关于AMR，我们目前正处于设计阶段。