湍流分子云中的引力坍缩. I. 气体动力学湍流

观测到的分子云通常具有极低的恒星形成效率和比自由落体时间长一个量级的寿命。其支撑被认为归因于其中观测到的随机超声速运动。我们使用直接数值模拟研究超声速气体动力学湍流对分子云引力坍缩的支撑。比较了两种不同算法：基于粒子的拉格朗日方法（SPH）和基于网格的欧拉二阶方法（ZEUS）。该方法可以研究算法和分辨率的共同效应。我们发现，在典型分子云条件下，整体坍缩确实可以被阻止，但强激波引起的密度增强仍然会引力不稳定并坍缩成致密核心，并可能形成恒星。局部坍缩的发生和效率随驱动波长减小和驱动强度增加而降低。看起来只有使用不切实际的短波长驱动才能完全阻止局部坍缩，但观测到的核心形成率可以用更真实的驱动来复现。在高坍缩率下，核心在相干结构中短时间内高效形成；在低坍缩率下，核心随机散布在整个区域并表现出显著的年龄弥散。我们建议这自然地解释了观测到的孤立恒星形成和星团恒星形成之间的区别。