上主序星对流核边界的自洽模型之路。第一部分：2.5D 与 3D 模拟

有强烈的观测证据表明，中等质量和大质量主序星的对流核明显大于标准恒星演化模型的预测。然而，尚不清楚是什么物理过程导致这一现象，也不知如何预测恒星对流边界层的范围和层化。对流穿透是一个热时标过程，在主序星缓慢演化期间可能尤为相关。我们使用低马赫数 Seven-League Hydro 代码在 2.5D 和 3D 几何中研究此过程。从 $15\,\mathrm{M}_\odot$ 零龄主序星的化学均匀模型出发，我们构建了一系列模拟，其光度提高且不透明度按相同因子降低，范围从 $10^3$ 到 $10^6$。达到热平衡后，我们所有模型都显示出清晰的穿透层；其厚度在时间上统计恒定，并随网格加密而收敛。在光度范围低端模拟中，穿透层近乎绝热，并陡峭过渡到辐射层化。该结构对应于恒星演化计算中常用的绝热“步越”模型。最高与最低光度模拟的穿透距离相差不到两倍。3D 模拟的高计算成本使我们当前的 3D 数据集相当稀疏。根据我们将 3D 数据外推至初始恒星模型实际光度的方式，我们得到的穿透距离为 $0.09$ 至 $0.44$ 个压强标高，这与观测大体相符。