第一代恒星形成中的磁场：I. 理论与模拟

虽然磁场在当代恒星形成中很重要，但其在原初恒星形成中的作用尚不清楚。由于气体落入作为第一代恒星形成场所的暗物质迷你晕所产生的弯曲激波和湍流，由 Biermann 电池机制产生了约 10^-16 G 的磁场。这些磁场通过小尺度发电机迅速放大，直到在气体中心区域达到与湍流等压或近等压的饱和状态。本文给出了发电机结果的解析解，包括坍缩气体中压缩效应的影响。该气体的质量-磁通比约为临界值的 2-3 倍，与当代恒星形成中的情况相当。给出了使用光滑粒子流体动力学（SPH）和基于网格的自适应网格加密（AMR）进行模拟的结果预测。由于每 Jeans 长度 64 个网格的标准分辨率下数值黏性和电阻率比物理值大几个数量级，动力学上显著的磁场在模拟中影响的质量比例远小于实际情况。附录给出了自由落体坍缩的解析处理，包括恒定密度背景下的坍缩。另一附录提出了一种估算数值黏性的新方法；给出了 SPH 和基于网格的代码的结果。