使用平滑粒子流体动力学研究细丝的整体坍缩

我们使用冷、均匀密度、自引力细丝的平滑粒子流体动力学模拟，研究其纵向坍缩时标；这些时标很重要，因为它们决定了细丝碎裂成核的时间。细丝初始由线质量 $\mu$、半径 $R$（或等价密度 $\rho\!=\!\mu/\pi R^2$）和长宽比 $A\;\,(\equiv Z/R$，其中 $Z$ 为半长度) 表征。气体仅允许纵向收缩，即平行于细丝对称轴（z轴）。Pon et al. (2012) 已解析地考虑过此类细丝的整体动力学。他们得出结论：短细丝 ($A\! < \!5$) 沿 z 轴或多或少同调地坍缩，时标 $t_{_{\rm HOM}} \sim 0.44\,A\,(G\rho)^{-1/2}$；相反，较长细丝 ($A\! > \!5$) 经历端主导坍缩，即在细丝两端形成两个致密团块并扫过质量向中心汇聚，时标 $t_{_{\rm END}} \sim 0.98\,A^{1/2}\,(G\rho)^{-1/2}$。我们的模拟不证实这些预测。首先，对所有 $A\! > \!2$，坍缩时间满足单一方程 $$t_{_{\rm COL}}\;\sim\;(0.49+0.26A)(G\rho)^{-1/2}\,,$$ 对于大 A 远长于 Pon 等人预测。第二，对所有 $A\! > \!2$，坍缩是端主导的。第三，在被扫过前，端团块正前方的气体实际上被接近团块的引力向外加速，导致显著冲压压力。对于高长宽比细丝，端团块接近渐近向内速度，因为它们对扫过的气体既加速又压缩而做功。Pon 等人似乎忽略了向外加速及其后果。