状态方程/分辨率共谋：原行星碰撞模拟中的收敛性

我们研究状态方程（EOS）与分辨率的选择如何共同影响巨碰撞（GI）模拟的结果。我们聚焦于两个质量相等的类地 $0.5\,M_\oplus$ 原行星等质量碰撞这一简单情形，表明 EOS 的选择对此类碰撞的结果以及随分辨率的数值收敛性均有深远影响。在使用 Tillotson EOS 的模拟中，由于缺乏对相变与混合物的热力学一致处理，撞击产生了过量的蒸气。在斜碰中，这增强了从行星到环行星盘的人为角动量（AM）传输，随时间降低了行星的自转周期。即便在 $1.3 \times 10^6$ 粒子的分辨率下，结果仍未收敛。在正碰中，由于缺乏对固/液-气相变的恰当处理，束缚物质可膨胀至极低密度，这反过来导致灾难性破碎的临界比撞击能量 $Q_{RD}^*$ 随分辨率增加收敛极慢，正如先前工作所报道。使用 ANEOS 的斜碰模拟在 $10^5$ 粒子的适中分辨率下已然收敛，而正碰在出现激波后致密富铁环的形成时收敛，该环促进了物质的引力再累积。一旦达到足以分辨 ANEOS 情形下铁液-气相变的分辨率，且该环被解析，则 $Q_{RD}^*$ 的值便已收敛。