自适应网格上的白矮星并合 I. 方法与代码验证

Ia 型超新星前身星问题是天体物理学中最令人困惑且最激动人心的问题之一，需要详细的数值模拟来补充对这些爆发的观测。近年来受到理论关注的一种可能前身星是白矮星并合情形，它有可能自然解释 Ia 型超新星的许多观测特征。迄今为止，使用基于网格的流体动力学对并合白矮星系统进行自洽模拟相对较少。本文是描述采用具有自适应网格加密的流体动力学代码模拟这些系统的系列论文的第一篇。本文中我们描述了数值方法，并讨论了在可压缩流体动力学代码 CASTRO 中的实现，该代码求解欧拉方程和自引力的泊松方程，并将引力与旋转力耦合到流体动力学中。对于我们的课题，将引力与旋转力耦合到流体动力学的标准技术不能充分守恒系统的总能量，但文献中近期的进展使得工作得以推进，我们在此讨论我们的实现。我们给出一组测试问题，展示了我们的软件在长时间尺度上计算域内平流大量质量的系统中充分建模的程度。本系列未来的论文将描述我们对这些系统初始条件的处理，并考察并合的早期阶段以确定其触发热核爆轰的可行性。