STARFORGE：迈向星团形成与反馈的综合数值模型

我们提出 STARFORGE（STAR FORmation in Gaseous Environments）：一个用于恒星形成三维辐射 MHD 模拟的新数值框架，其在考虑恒星反馈（包括喷流、辐射加热与动量、恒星风及超新星）的同时，追踪大质量巨分子云（GMCs）中单颗恒星的形成、吸积、演化与动力学。我们使用带有 MFM 无网格拉格朗日 MHD 方法的 GIZMO 代码，并增补了用于引力、时间步进、汇粒子形成与吸积、恒星动力学及反馈耦合的新算法。我们调研了汇形成与吸积的广泛数值参数/方案，发现恒星形成历史与 IMF 的变化极小（有意非物理的变动除外）。质量注入反馈（风、SNe 与喷流）模块即时注入新气体单元，消除了拉格朗日方法原本在弥散反馈空腔中固有的分辨率不足。辐射处理使用 GIZMO 的辐射转移求解器追踪 5 个频段（IR、光学、NUV、FUV、电离），将直接恒星发射与尘埃发射同气体加热及辐射压力项耦合。我们在具有已知相似解的问题中展示了对 SNe、风与辐射的准确解，并表明我们的喷流模块对分辨率与数值细节鲁棒，且与先前 AMR 模拟吻合良好。STARFORGE 可在当前超级计算机上扩展至大质量（$>10^5 M_\odot$）GMC，同时预测 IMF 的恒星（$\gtrsim 0.1 M_\odot$）范围，允许在广泛条件下模拟高与低质量星团形成。