宇宙结构形成模拟中的金属冷却
天体物理学
2009-11-13 v2
摘要
向任何气体中添加金属都可以通过增加辐射冷却率来显著改变其演化。在恒星形成环境中，增强的冷却可能导致碎裂并形成低质量恒星，而已知无金属气云不会发生碎裂。在数值模拟中添加金属冷却，传统上需要在速度和准确性之间做出取舍。我们引入了一种方法，利用光致电离软件 Cloudy 的复杂化学网络，包含直至原子序数 30 (Zn) 的完整金属组的辐射冷却，该方法可用于大规模三维流体动力学模拟。我们的方法在极宽的温度范围 (10 K < T < 10^8 K) 内有效，直至氢数密度达 10^12 cm^-3。在此密度下，1 Msun 的球体半径约为 40 AU。我们在自适应网格细化 (AMR) 流体动力学/N体代码 Enzo 中实现了该方法。使用该方法生成的冷却率，我们研究了导致从第三星族向第二星族恒星形成转变的物理条件。虽然先前已证明 C、O、Fe 和 Si 对低金属度气体的冷却贡献最大，但我们发现，当存在太阳丰度模式时，高达 40% 的金属冷却来自 S 的精细结构发射。在金属度 Z > 10^-4 Zsun 时，存在气体既热不稳定且冷却时间小于其动力学时间的密度和温度区域。我们将这些双重不稳定区域确定为最有利于碎裂的区域。在高红移处，CMB 抑制了低温下的有效冷却，从而减小了双重不稳定区域的规模，使碎裂更加困难。
引用
@article{arxiv.0706.0754,
title = {Metal Cooling in Simulations of Cosmic Structure Formation},
author = {Britton D. Smith and Steinn Sigurdsson and Tom Abel},
journal= {arXiv preprint arXiv:0706.0754},
year = {2009}
}
备注
19 pages, 12 figures, significant revision, including new figures