基于 PLUTO 的三温度辐射流体力学：测试及其在原行星盘中的应用

在金牛 T 星（T Tauri stars）周围的星周盘中，恒星的可见光与近红外辐射被盘光学表面的尘埃拦截，并再处理为热红外辐射；随后该辐射在光学厚的盘主体中经历辐射扩散。气体成分——在质量上占绝对主导，但对不透明度贡献甚微——主要由气-尘碰撞加热。然而，在水动力学模拟中，描述这一加热过程的典型模型（局部等温、$\beta$-冷却、两温度辐射流体力学）所采用的简化假设限制了其有效范围。为在这些方法基础上改进，我们开发了一种“三温度”数值方案，作为 PLUTO 辐射-流体力学代码的一部分，自洽地模拟气体、尘埃与辐射之间的能量交换。通过一系列 0D、1D、2D 和 3D 的测试问题，我们证明了该方法的有效性，并论证其可广泛应用于盘物理中的诸多问题，包括流体动力学不稳定性与盘-行星相互作用。