Simulating galactic dust grain evolution on a moving mesh
Simulating galactic dust grain evolution on a moving mesh
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在移动网格上模拟银河尘埃颗粒的演化
DOI：
10.1093/mnras/sty1248
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发表时间：
2018
影响因子：
4.8
通讯作者：
Kannan, Rahul
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
McKinnon, Ryan;Vogelsberger, Mark;Torrey, Paul;Marinacci, Federico;Kannan, Rahul
星际尘埃是银河系生态系统的重要组成部分，在多个星系形成过程中起着关键作用。我们提出了一个新的数值框架的动力学和尺寸演化的尘埃颗粒实现的移动网格流体动力学codeaposuitable宇宙学星系形成模拟。我们采用了基于粒子的方法，灰尘受到动力，包括阻力和重力。阻力是使用二阶半隐式积分器实现的，并使用几个灰尘流体动力学测试问题进行验证。每个尘埃粒子都有一个粒度分布，描述了不同大小的颗粒的局部丰度。的粒度分布离散化与二阶分段线性方法和演变的时间根据各种灰尘的物理过程，包括吸积，溅射，粉碎，和凝聚。本文提出了一种新的恒星演化过程中随机形成尘埃的方案和尘埃物理时间步子循环的新方法。利用这个模型，我们模拟了一个孤立的盘状星系，以研究尘埃物理过程的影响，塑造星际粒度分布。例如，我们展示了尘埃粉碎如何将粒度分布转移到更小的尺寸，从而导致从光学到近紫外波长的辐射消光显着上升。我们的模拟尘埃和气体混合物的框架可以很容易地扩展到其他相关的星系形成的动力学过程，如磁流体动力学，辐射压力和热化学过程。
Interstellar dust is an important component of the galactic ecosystem, playing a key role in multiple galaxy formation processes. We present a novel numerical framework for the dynamics and size evolution of dust grains implemented in the moving-mesh hydrodynamics codeareposuited for cosmological galaxy formation simulations. We employ a particle-based method for dust subject to dynamical forces including drag and gravity. The drag force is implemented using a second-order semi-implicit integrator and validated using several dust-hydrodynamical test problems. Each dust particle has a grain-size distribution, describing the local abundance of grains of different sizes. The grain-size distribution is discretized with a second-order piecewise linear method and evolves in time according to various dust physical processes, including accretion, sputtering, shattering, and coagulation. We present a novel scheme for stochastically forming dust during stellar evolution and new methods for sub-cycling of dust physics time-steps. Using this model, we simulate an isolated disc galaxy to study the impact of dust physical processes that shape the interstellar grain-size distribution. We demonstrate, for example, how dust shattering shifts the grain-size distribution to smaller sizes, resulting in a significant rise of radiation extinction from optical to near-ultraviolet wavelengths. Our framework for simulating dust and gas mixtures can readily be extended to account for other dynamical processes relevant in galaxy formation, like magnetohydrodynamics, radiation pressure, and thermochemical processes.
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