分子云核初始坍缩期间极端电离率的影响

需要何种宇宙线电离率，才能使坍缩分子云的非理想磁流体力学 (MHD) 模拟遵循与理想 MHD 模拟或纯流体动力学模拟相同的演化路径？为研究此问题，我们进行了旋转、一太阳质量、磁化分子云核引力坍缩的三维平滑粒子非理想磁流体力学模拟，其中包含欧姆电阻、双极扩散和霍尔效应。我们假设均匀的晶粒尺寸 $a_\text{g} = 0.1\mu$m，自由参数为宇宙线电离率 $\zeta_\text{cr}$。在可能的情况下，我们将模型演化至产生第一 hydrostatic core（ hydrostatic 核）。$\zeta_\text{cr}\gtrsim10^{-13}$ s$^{-1}$ 的模型与理想 MHD 模型无法区分，且 $\zeta_\text{cr}=10^{-14}$ s$^{-1}$ 的模型在考虑最大密度、磁能和最大磁场强度随时间变化时，其演化与理想 MHD 模型相差在百分之一以内；这些结果独立于 $a_\text{g}$。需要极低电离率（$\zeta_\text{cr}\lesssim10^{-24}$ s$^{-1}$）的模型才能接近流体动力学坍缩，而对于更大的 $a_\text{g}$ 可能需要更低电离率。因此，在适当的宇宙线电离率下，使用非理想 MHD 可以复现理想 MHD 和纯流体动力学坍缩。然而，真实的宇宙线电离率既不接近前者也不接近后者极限，因此在恒星形成模拟中不能忽略非理想 MHD。