Информация о публикации

Просмотр записей
Инд. авторы: Стояновская О.П., Окладников Ф.А., Воробьев Э.И., Павлюченков Я.Н., Акимкин В.В.
Заглавие: Расчет динамики газопылевых околозвездных дисков: выход за пределы режима Эпштейна
Библ. ссылка: Стояновская О.П., Окладников Ф.А., Воробьев Э.И., Павлюченков Я.Н., Акимкин В.В. Расчет динамики газопылевых околозвездных дисков: выход за пределы режима Эпштейна // Астрономический журнал. - 2020. - Т.97. - № 2. - С.91-110. - ISSN 0004-6299.
Внешние системы: DOI: 10.31857/S0004629920010077; РИНЦ: 42229831;
Реферат: rus: В околозвездных дисках размер пылевых частиц варьируется от долей микрона до нескольких сантиметров, планетезимали имеют размер сотни километров. Поэтому в дисках реализуются различные режимы трения твердых тел о газ в зависимости от их размеров и скоростей: Эпштейна, Стокса и Ньютона, а также переходные между ними. Это означает, что для расчета динамики газопылевых дисков требуется использование коэффициента трения, применимого в широком диапазоне размеров и скоростей тел. Кроме того, необходимость одинаковым образом рассчитывать динамику тел разного размера налагает высокие требования на численный метод решения такой задачи. Так, в режимах Эпштейна и Стокса сила трения линейно зависит от относительной скорости между газом и телами, а в переходных режимах и режиме Ньютона – нелинейно. С другой стороны, для мелких тел, движущихся в режиме Эпштейна, время установления относительной скорости между газом и телами может быть много меньше динамического времени задачи – времени оборота диска вокруг центрального тела. Кроме того, в отдельных областях диска пыль может концентрироваться, поэтому необходимо учитывать взаимный обмен импульсом между пылью и газом. В работе показано, что для системы уравнений движения газа и монодисперсной пыли полунеявная схема первого порядка аппроксимации по времени, в которой межфазное взаимодействие рассчитывается неявно, а другие силы, такие как градиент давления, гравитация – явно, применима для жестких задач с интенсивным межфазным взаимодействием и для расчета трения в нелинейном режиме. Показано, что распространенный в астрофизических расчетах кусочно-заданный коэффициент трения испытывает разрыв при некоторых значениях чисел Маха и Кнудсена, которые реализуются в околозвездном диске. Приведен непрерывный коэффициент трения, который соответствует экспериментальным зависимостям, полученным для разных режимов трения.
Издано: 2020
Физ. характеристика: с.91-110
Цитирование:
1. X.-N. Bai and J. M. Stone, ApJSS 190, 297 (2010), 1005.4980.
2. Z. Zhu, R. P. Nelson, R. Dong, C. Espaillat, and L. Hartmann, ApJ 755, 6 (2012), 1205.5042.
3. S.-H. Cha and S. Nayakshin, MNRAS 415, 3319 (2011), 1010.1489.
4. W. K. M. Rice, G. Lodato, J. E. Pringle, P. J. Armitage, and I. A. Bonnell, MNRAS 355, 543 (2004), astro-ph/0408390.
5. L. Barrière-Fouchet, J.-F. Gonzalez, J. R. Murray, R. J. Humble, and S. T. Maddison, AAp 443, 185 (2005), astro-ph/0508452.
6. N. Cuello, J.-F. Gonzalez, and F. C. Pignatale, MNRAS 458, 2140 (2016), 1601.03662.
7. E. I. Vorobyov, V. Akimkin, O. Stoyanovskaya, Y. Pavlyuchenkov, and H. B. Liu, Astronomy and Astrophysics 614, eidA98 (2018), 1801.06898.
8. V. N. Snytnikov and O. P. Stoyanovskaya, MNRAS 428, 2 (2013), 1210.0971.
9. T. V. Demidova and V. P. Grinin, Astronomy Letters 43, 106 (2017).
10. G. Bagheri and C. Bonadonna, Powder Technology 301, 526-544 (2016).
11. P. S. Epstein, Physical Review 23, 710 (1924).
12. S. J. Weidenschilling, MNRAS 180, 57 (1977).
13. R. F. Probstein and F. Fassio, AIAA 8, 772 (1970).
14. F. L. Whipple, in From Plasma to Planet, edited by A. Elvius (1972), p. 211.
15. G. Laibe and D. J. Price, MNRAS 420, 2365 (2012a), 1111.3089.
16. C. B. Henderson, AIAA 14, 707 (1976).
17. O. P. Stoyanovskaya, V. N. Snytnikov, and E. I. Vorobyov, Astron. Rep. 94, 1033 (2017a).
18. G. Laibe and D. J. Price, MNRAS 420, 2345 (2012b), 1111.3090.
19. T. J. Haworth, J. D. Ilee, D. H. Forgan, S. Facchini, D. J. Price, D. M. Boneberg, R. A. Booth, C. J. Clarke, J.-F. Gonzalez, M. A. Hutchison, et al., PASA 33, 053 (2016), 1608.01315.
20. G.-Q. Chen, C. D. Livermore, and T.-P. Liu, Communications in Pure and Applied Mathematics 47, 787 (1994).
21. E. I. Vorobyov, ApJ 723, 1294 (2010), 1009.2073.
22. O. P. Stoyanovskaya, N. V. Snytnikov, and V. N. Snytnikov, Astronomy and Computing 21, 1 (2017b), 1809.01310.
23. R. Pember, SIAM Journal on Applied Mathematics 53, 1293-1330 (1993).
24. S. Jin and C. D. Livermore, Journal of Computational Physics 126, 449 (1996).
25. G. Laibe and D. J. Price, MNRAS 444, 1940 (2014a), 1407.3569.
26. J. J. Monaghan and A. Kocharyan, Computer Physics Communications 87, 225 (1995).
27. A. Johansen and H. Klahr, ApJ 634, 1353 (2005), astro-ph/0501641.
28. V. V. Akimkin, M. S. Kirsanova, Y. N. Pavlyuchenkov, and D. S. Wiebe, MNRAS 449, 440 (2015), 1502.06865.
29. V. V. Akimkin, M. S. Kirsanova, Y. N. Pavlyuchenkov, and D. S. Wiebe, MNRAS 469, 630 (2017), 1705.00269.
30. G. Albi, G. Dimarco, and L. Pareschi, arXiv e-prints arXiv:1904.03865 (2019), 1904.03865.
31. P. Lorén-Aguilar and M. R. Bate, MNRAS 443, 927 (2014), 1406.3250.
32. S. Ishiki, T. Okamoto, and A. K. Inoue, MNRAS 474, 1935-1943 (2018), 1708.07137.
33. C.-C. Yang and A. Johansen, ApJS 224, 39 (2016), 1603.08523.
34. P. Benítez-Llambay, L. Krapp, and M. E. Pessah, ApJSS 241, 25 (2019), 1811.07925.
35. D. V. Sadin, Computational Mathematics and Mathematical Physics 56, 2068 (2016).
36. D. Sadin and S. Odoev, Scientific and Technical Journal of Information Technologies, Mechanics and Optics pp. 719-724 (2017).
37. G. Laibe and D. J. Price, MNRAS 440, 2136 (2014b), 1402.5248.
38. M. Hutchison, D. J. Price, and G. Laibe, MNRAS 476, 2186 (2018), 1802.03213.
39. P. Lorén-Aguilar and M. R. Bate, MNRAS 454, 4114 (2015), 1509.08374.
40. O. P. Stoyanovskaya, T. A. Glushko, N. V. Snytnikov, and V. N. Snytnikov, Astronomy and Computing 25, 25 (2018a), 1811.06506.
41. O. P. Stoyanovskaya, V. V. Akimkin, E. I. Vorobyov, T. A. Glushko, Y. N. Pavlyuchenkov, V. N. Snytnikov, and N. V. Snytnikov, in Journal of Physics Conference Series (2018b), vol. 1103 of series of Physics Conference Series, p. 012008, 1811.06522.
42. J. M. Stone and M. L. Norman, ApJSS 80, 753 (1992).
43. P. Colella and P. R. Woodward, Journal of Computational Physics 54, 174 (1984).
44. L. Landau and E. Lifshitz, titleFluid Mechanics. Vol. 6 (2nd ed.). (Butterworth-Heinemann, 1987).
45. Y. Nakagawa, M. Sekiya, and C. Hayashi, Icarus 67, 375 (1986).
46. E. I. Vorobyov and C. Theis, MNRAS 373, 197 (2006), astro-ph/0609250.
47. Z. Zhu and J. M. Stone, ApJ 795, 53 (2014), 1405.2790.
48. E. I. Vorobyov and C. Theis, MNRAS 383, 817 (2008), 0709.2768.
49. R. A. Booth and C. J. Clarke, MNRAS 458, 2676 (2016), 1603.00029.
50. T. Birnstiel, M. Fang, and A. Johansen, Space Science Reviews 205, 41 (2016), 1604.02952.