湍流巨分子云的星化学演化：I - 流体动力学嵌入无星云的物理过程与求解方法

当代银河恒星形成主要发生在超音速、湍流、磁化的巨分子云（GMCs）中引力不稳定的冷密分子气体中。重要的是，由于化学演化时标和湍流涡旋翻转时标在典型GMC条件下相当，分子通过本质上非平衡的化学过程演化，这与云的动力学演化强耦合。当前的数值模拟技术最多涵盖三个数量级的长度尺度，刚刚开始弥合超音速湍流GMC的整体动力学时标与其背景湍流中薄激波后冷却层内的热化学演化之间的鸿沟。我们使用一种求解方法来解决这个GMC星化学尺度问题，该方法允许复杂的三维湍流动力学以及非平衡激波后热力学和化学的精确处理。我们在理解GMC化学演化重要物理过程的更大背景下介绍了当前的方法，包括气相化学、尘埃颗粒和表面化学以及湍流加热。我们给出了超音速湍流的一个新的拉格朗日验证测试结果。我们根据无量纲的局部激波后Damköhler数来表征这些物种的演化，该数量化了激波后冷却流中的动力学时标与给定物种的化学反应时标之比。最后，我们讨论了这项工作对GMC分子示踪物选择以及GMC核心化学时钟归零的意义。