检验 SPH 模拟中辐射冷却近似方法的精度

恒星形成的流体动力学模拟激发了对快速且稳健的辐射冷却评估算法的需求。在此，我们对当前平滑粒子流体动力学 (SPH) 模拟中一种流行的冷却设定方法（即最初由 Stamatellos 等人提出的多方冷却法）进行了批判性评估。该方法利用局部密度和势来估计每个粒子的柱密度和光学深度，进而利用这些量评估净辐射冷却的近似表达式。我们通过考虑具有解析密度和温度结构的球对称系统和盘状系统来评估该算法。在球对称系统中，对于冰晶颗粒主导不透明度的天体物理相关情形，该方法计算的总冷却速率误差在 20% 左右；对于一系列不透明度定律，其精度在一个数量级因子内。然而，在盘状几何结构中，该方法在盘的所有高度上均系统性地大幅低估了冷却速率。对于所研究的自引力盘，我们发现该方法低估总冷却速率达 200 倍。这种差异可轻易归因于该方法系统性地高估了盘的柱密度和光学深度，因为（仅基于局部密度和势）它未考虑光子垂直于盘平面逃逸的低柱密度路径。这些结果对该方法在需要精确冷却速率的盘状几何结构中的应用提出了明显的警示，尽管我们指出，在某些情况下，上述差异可能不会显著影响模拟的全局结果。最后，我们提请注意我们引入的一种解析自引力盘结构，该结构可用于未来冷却算法的校准。