恒星形成的辐射流体磁流体数值模拟研究进展.PDFVIP

第 卷　第 期 天 文 学 进 展 年 月 恒恒恒星星星形形形成成成的的的辐辐辐射射射流流流体体体 磁磁磁流流流体体体 数数数值值值模模模拟拟拟研研研究究究进进进展展展 杨孝鸿 重庆大学 物理系，重庆 摘要：恒星是宇宙中最重要的天体之一，恒星形成是天体物理学研究的重要课题。天文学家正致 力于理解与恒星形成相关的一系列问题，如：大质量恒星和星团是如何形成的？什么样的物理过 程决定了恒星形成区域的物理性质？初始质量函数由什么确定？恒星形成率由什么决定？近年来， 恒星形成的数值模拟研究不断发展。主要介绍了辐射流体 磁流体 的数值研究在原恒星核坍缩、 大质量恒星形成、星云破碎和坍缩、星团形成和初始质量函数等方面的模拟研究进展。 关 键 词：恒星形成；辐射转移；数值模拟 中中中图图图分分分类类类号号号：：： 文文文献献献标标标识识识码码码：：： 引 言 恒星是宇宙中最重要的天体之一，衔接着行星和星系两个不同级别的天体，不仅对行星 的形成和演化有着重要的作用，而且也影响着星系的结构和演化。恒星物理在近一个世纪的 发展中日臻成熟，但是恒星的诞生(如大质量恒星的形成) 和死亡(如超新星爆发) 依旧是天 体物理中重要的课题，这两个方向的研究有助于从整体上认识宇宙。本文作为“辐射磁流体 力学数值实验研究”专刊的一部分 ，主要关注在恒星形成研究领域中所面临的主要问题， 以及数值模拟在这方面所取得的进展。 研究发现恒星的演化轨迹取决于恒星的初始质量，其是恒星演化理论的重要成果之一， 而恒星的初始质量由什么来决定依然不清楚。这也是恒星形成理论发展中需要解决的关键 问题。在观测方面：(1) Salpeter 于 1955 年首次提出了一个初始质量函数 (Initial Mass d Function, IMF, ∝ − ) 来描述恒星的相对数量与恒星质量之间的关系。初始质 d lg() 收稿日期： ； 修回日期： 资助项目：中央高校基本科研业务；国家自然科学基金 通讯作者：杨孝鸿， 天天天 文文文 学学学 进进进 展展展 卷卷卷 量函数是研究恒星初始质量的有力工具。对于几倍太阳质量以上的恒星，IMF 中的指数 = 135 。(2) 在银河系最致密的星团中(arches cluster)，存在着大量的大质量恒星，质量 在10∼120 ⊙ 不等，最大质量可能不会超过150 ⊙ 。这些大质量恒星的形成仍然是一个 迷。它们在元素核合成、重元素扩散以及反馈方面都发挥着重要作用。在理论研究方面，恒 星的形成问题可以分为恒星尺度和星团尺度两个层次。在恒星尺度上，一个单星(或双星) 是 如何形成的。需要回答的有：对于各种质量的恒星，它们的所有质量都是来自于一个致密气 体“核”的引力坍缩吗？气体核在形成原恒星过程中是如何损失磁通量和角动量的？大质量 恒星是如何形成的？与YSOs (Young Steller Objects) 相联系的原恒星盘、喷流和外流的性 质如何以及它们的动力学是如何演化的？在星团尺度上，恒星的大系统(如星团) 是如何形成 的。需要回答的有：什么样的物理过程决定了恒星形成区域的物理性质？初始质量函数由什 么确定？恒星形成率由什么决定？ 要从恒星尺度和星团尺度回答与恒星形成的相关问题时，两个反馈效应显得尤为重要。 (1) 辐射反馈。大质量恒星拥有远比小质量恒星高的光度和温度，它们的辐射反馈可以 体现在如下几个方面：对星周环境的辐射加热、对氢分子的瓦解或氢的电离，以及作用于尘 埃的辐射压力。在球状吸积的情况下，辐射力和引力之比为77 × 10− ( ) ，