用于星际形成模拟中非理想 MHD 效应的快速且稳健的方法

非理想 MHD 效应被认为是星际形成过程中的关键组成部分。数值上，多个困难使得对 3D 模拟中非理想 MHD 效应的研究极具挑战性，并阻碍我们探索大参数空间的努力。我们旨在通过提出一种新颖且基于物理的经验近似来克服这些挑战。我们进行了若干个 2D 轴对称 3 流体非理想 MHD 模拟，用于模拟坍缩的原始星 core 和云团，并包含非平衡化学。我们利用这些模拟开发了一个多变量插值函数，用于预测每个云区域中基于局部物理条件的电离率。随后，我们使用从理论推导的简化表达式计算每个网格单元的电阻率。因此，在我们新方法中，电阻率是无需化学网络即可计算的。我们将该方法与额外的 2D 轴对称非理想 MHD 模拟（具有随机初始条件）以及一个 3D 非理想 MHD 模拟（包含非平衡化学）进行基准测试。我们发现该方法与「完整」非理想 MHD 模拟在空间结构和时间演化方面都表现出优异的定性和定量一致性。我们实现了计算速度提升 1-2 个数量级。鉴于我们忽略了颗粒的贡献，该近似方法在数密度为 $10^6$ cm$^{-3}$ 时仍有效，因此适用于分子云的 pc 比例尺模拟。所需的表格数据用于将该方法集成到流体动力学代码中，以及 Fortran 实现的插值函数，已在 https://github.com/manosagian/Non-Ideal-MHD-Approximate-Code 上公开。