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Dust in the Wind: Dynamics of Dusty Fluids on Interstellar, Stellar, and Planetary Scales

风中的尘埃：星际、恒星和行星尺度上的尘埃流体动力学

基本信息

批准号：
2009234
负责人：
Philip Hopkins
金额：
$ 43.3万
依托单位：
California Institute of Technology
依托单位国家：
美国
项目类别：
Standard Grant
财政年份：
2020
资助国家：
美国
起止时间：
2020-08-15 至 2024-07-31
项目状态：
已结题

来源：
https://www.nsf.gov/awardsearch/showAward?AWD_ID=2009234&HistoricalAwards=false
关键词：
Dust Wind Dynamics Dusty Fluids

项目摘要

Dust grains are tiny particles, ranging from smog-like soots and microscopic sand-like grains to crystals, are of fundamental importance to almost all astrophysics. These grains contain a huge fraction of all the heavy elements in the Universe, and as such represent the "building blocks" that ultimately make up the planets and us. Astronomers have long known that dust is mixed with Hydrogen and Helium gas in the space between the planets, stars, and galaxies, but the dynamics of "dusty fluids" remain poorly understood. Understanding the interactions of dust grains is important models of "recycling" of material between stars and the gas between stars. To address these issues, the investigator will produce new, massively parallel, public computational codes. This software will also be applicable to more general engineering and turbulence/aerodynamic applications. The investigator plans summer research opportunities for undergraduates, high school students, and high school teachers. This work will also generate animations and visualizations for outreach programs, public talks, and planetarium shows. The investigator’s group has recently discovered previously unknown instabilities that can re-write much of the conventional wisdom about how dust grains change with time and alter the formation of planets and stars. Students will run computer simulations incorporating all the relevant processes to model these problems self-consistently and capture the behaviors of these instabilities. This is enabled by a new generation of massive computer codes the investigators have developed. These codes numerically solve the equations of fluid dynamics interacting with dust and magnetic fields and radiation. They will develop novel testable predictions for planetary disks, planet properties, variations of stars, and structure of the gas around stars This work should contribute fundamentally to our understanding how planets form, how stars change with time, and where stars and planets -- and our chemical building blocks -- come from.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.

尘粒是一种微小的颗粒，从雾状的煤烟到微小的沙状颗粒再到晶体，对几乎所有天体物理学都至关重要。这些颗粒包含了宇宙中所有重元素的很大一部分，因此代表了最终构成行星和我们的“积木”。天文学家早就知道，在行星、恒星和星系之间的空间里，尘埃与氢气和氦气混合在一起，但对“尘埃流体”的动力学仍然知之甚少。了解尘埃颗粒之间的相互作用是恒星之间物质和恒星之间气体“再循环”的重要模型。为了解决这些问题，研究者将产生新的、大规模并行的公共计算代码。该软件也将适用于更一般的工程和湍流/空气动力学应用。研究者计划为本科生、高中生和高中教师提供暑期研究机会。这项工作还将为外展计划、公开演讲和天文馆表演生成动画和可视化。研究小组最近发现了以前未知的不稳定性，这些不稳定性可以改写关于尘埃颗粒如何随时间变化并改变行星和恒星形成的传统智慧。学生将运行计算机模拟，整合所有相关过程，以自一致地模拟这些问题，并捕获这些不稳定性的行为。这是由研究人员开发的新一代大规模计算机代码实现的。这些代码在数值上求解与尘埃、磁场和辐射相互作用的流体动力学方程。他们将对行星盘、行星特性、恒星的变化和恒星周围气体的结构做出新的可测试的预测。这项工作将从根本上有助于我们理解行星是如何形成的，恒星是如何随时间变化的，以及恒星和行星——以及我们的化学组成部分——是从哪里来的。该奖项反映了美国国家科学基金会的法定使命，并通过使用基金会的知识价值和更广泛的影响审查标准进行评估，被认为值得支持。

项目成果

期刊论文数量（21）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

The impact of AGN-driven winds on physical and observable galaxy sizes

AGN 驱动的风对物理和可观测星系大小的影响

DOI：
10.1093/mnras/stad1528
发表时间：
2023
期刊：
Monthly Notices of the Royal Astronomical Society
影响因子：
4.8
作者：
Cochrane, R. K.;Anglés-Alcázar, D.;Mercedes-Feliz, J.;Hayward, C. C.;Faucher-Giguère, C-A;Wellons, S.;Terrazas, B. A.;Wetzel, A.;Hopkins, P. F.;Moreno, J.
通讯作者：
Moreno, J.

Standard self-confinement and extrinsic turbulence models for cosmic ray transport are fundamentally incompatible with observations

宇宙射线传输的标准自约束和外在湍流模型从根本上与观测不相容

DOI：
10.1093/mnras/stac2909
发表时间：
2022
期刊：
Monthly Notices of the Royal Astronomical Society
影响因子：
4.8
作者：
Hopkins, Philip F.;Squire, Jonathan;Butsky, Iryna S.;Ji, Suoqing
通讯作者：
Ji, Suoqing

The impact of astrophysical dust grains on the confinement of cosmic rays

DOI：
10.1093/mnras/stab179
发表时间：
2020-11
期刊：
Monthly Notices of the Royal Astronomical Society
影响因子：
4.8
作者：
J. Squire;P. Hopkins;E. Quataert;Philipp Kempski
通讯作者：
J. Squire;P. Hopkins;E. Quataert;Philipp Kempski

Dust in the wind with resonant drag instabilities – I. The dynamics of dust-driven outflows in GMCs and H ii regions

具有共振阻力不稳定性的风中的灰尘 I. GMC 和 H ii 区域中灰尘驱动的外流动态

DOI：
10.1093/mnras/stac1784
发表时间：
2022
期刊：
Monthly Notices of the Royal Astronomical Society
影响因子：
4.8
作者：
Hopkins, Philip F.;Rosen, Anna L.;Squire, Jonathan;Panopoulou, Georgia V.;Soliman, Nadine H.;Seligman, Darryl;Steinwandel, Ulrich P.
通讯作者：
Steinwandel, Ulrich P.

Constraining cosmic ray transport with observations of the circumgalactic medium

通过观察环绕星系介质来约束宇宙射线传输

DOI：
10.1093/mnras/stad671
发表时间：
2023
期刊：
Monthly Notices of the Royal Astronomical Society
影响因子：
4.8
作者：
Butsky, Iryna S.;Nakum, Shreya;Ponnada, Sam B.;Hummels, Cameron B.;Ji, Suoqing;Hopkins, Philip F.
通讯作者：
Hopkins, Philip F.