Gadget 中星系团磁流体动力学各向异性热传导

我们提出了一种在 SPH 中包含磁场各向异性效应的热传导实现方案。各向异性热传导主要沿磁场方向进行，而在垂直于磁场的方向上受到抑制。我们推导了各向异性热输运的 SPH 形式，并采用隐式共轭梯度法求解相应方程。我们讨论了在极端各向异性或无磁化区域中非物理热输运的若干问题，并给出了可能的数值解决方法。我们将算法实现到 GADGET 代码中，并在多个测试案例中研究其行为。总体而言，我们重现了理想化测试问题的解析解，并在星系团形成的宇宙学模拟中获得了良好结果。在星系团内部，各向异性传导产生的净热输运类似于效率为百分之一的各向同性 Spitzer 传导模型。与各向同性传导相比，我们的新形式允许温度分布中的小尺度结构保持稳定，因为磁场线使其解耦。与观测对比，超过 Spitzer 值 10% 的各向同性传导会导致星系团内温度分布过度平滑，而采用各向异性热传导得到的结果则能很好地再现观测到的温度涨落。对热输运的恰当处理在星系团外围及高密度区域尤为关键。它与星系团局部动力学状态的关联也可能有助于解释观测到的冷核与非冷核星系团的双峰分布。我们的新方案显著推进了数值模拟中的热传导建模，并总体上给出了与观测更为吻合的结果。