原行星盘全局模拟中的辐射磁流体动力学

我们的目标是在全局模拟中研究原行星盘的热演化和动力学演化，包括辐射转移物理以及由磁旋转不稳定性引起的磁流体动力学 (MHD) 湍流。我们开发了一种基于通量限制扩散近似的辐射转移方法，该方法包含了中心恒星的频率相关辐照。该混合方案已在 PLUTO 代码中实现。我们实现的重点在于辐射转移方法的性能。使用优化的 Jacobi 预条件 BiCGSTAB 求解器，对于我们考虑的盘设置，辐射模块的速度比 MHD 步骤快三倍。我们在多达 1024 个核心上获得了 70% 的弱缩放效率。我们展示了分层原行星盘的首次全局 3D 辐射 MHD 模拟。盘模型参数的选择旨在近似蛇夫座恒星形成区中 AS 209 系统的参数。从处于辐射和流体静力平衡状态的盘开始模拟，磁旋转不稳定性迅速导致盘中出现 MHD 湍流和加热。对于我们使用的盘参数，湍流耗散加热了盘的中平面，与被动盘模型相比，温度升高了约 15%。在靠近中平面的盘光学厚区域，建立了大致平坦的垂直温度分布。我们利用粘性盘模型重现了该垂直温度分布，其中应力张量的垂直分布在盘的主体部分是平坦的，而在盘冕中消失。本文首次证明，利用当前的计算设施进行湍流原行星盘的全局辐射 MHD 模拟是可行的。这为研究原行星盘内部动力学开辟了广阔的窗口，而该领域已有重要的观测约束。