碰撞冷却富金属气体的非平衡冷却率

我们给出了无尘碰撞控制气体在宽温度（$10 K\le T\le 10^8 K$）和金属丰度（$10^{-4} Z_\odot \le Z \le 2 Z_\odot$）范围内的非平衡（时间相关）冷却率的自洽计算。我们证实分子氢在$10^2 \simlt T\simlt 10^4$ K和$Z\simlt 10^{-3} Z_\odot$范围内主导冷却。我们发现H$_2$在$T\sim (4-5)\times 10^3$ K附近对冷却率的贡献在金属丰度范围$Z\simlt 10^{-2} Z_\odot$内激发了热不稳定性。等压冷却率通常低于等容冷却率，因为相关的气体密度增加导致更有效的氢复合和精细结构能级布居的平衡。等容冷却使电离分数在$T\simlt10^4$ K时保持相当高：在$T\simeq 10^3$ K和$Z\simlt 0.1 Z_\odot$时高达$\sim0.01$，在更高金属丰度时甚至更高，这与等压冷却相反，后者至少低一个数量级。尽管电离分数增加，分子氢（通过H$^-$）的气相形成率随金属丰度降低，因为更高的金属丰度缩短了演化时间。我们将自洽冷却率实现到多维并行代码ZEUS-MP中，以模拟超新星遗迹的演化，并将其与先前工作中发表的表格化冷却率的类似模型进行比较。我们发现两种描述之间存在显著差异，例如可能出现在抛射金属与星周介质的混合中。