使用精确时间积分方案的流体动力学模拟中的气体冷却

我们在宇宙学流体动力学模拟中实现并测试了 Townsend 2009 提出的用于气体冷却的精确时间积分方法。使用该时间积分器计算内能时的误差仅受限于冷却表的分辨率，且对时间步长的大小不敏感，从而在冷却时间较短时相比显式或隐式方案提高了精度。我们在宇宙学流体动力学模拟中比较了不同时间积分器用于气体冷却的结果。我们发现，使用精确冷却积分得到的吸积至暗物质晕以形成恒星之前的丝状气体温度，接近于辐射冷却与紫外背景加热相平衡的平衡态。作为对比，未使用精确积分器得到的气体温度与该平衡关系存在显著偏差。使用精确冷却技术得到的星系恒星质量符合得相当好，但系统性地低于其他积分方案的结果，从而减少了对反馈机制来抑制恒星形成的依赖。我们提供了该精确冷却技术的实现，可轻松集成至任何流体动力学代码中。