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天体物理学 > 星系的天体物理学

arXiv:2407.17597v1 (astro-ph)
[提交于 2024年7月24日 ]

标题: 分子云中由流体不稳定性调节传输引起的宇宙射线能量密度抑制

标题: Suppressed Cosmic Ray Energy Densities in Molecular Clouds From Streaming Instability-Regulated Transport

Authors:Margot Fitz Axen, Stella Offner, Phillip F. Hopkins, Mark R. Krumholz, Michael Y. Grudic
摘要: 宇宙射线(CRs)是恒星形成分子云(MCs)中电离的主要驱动力。 尽管它们可能对气体动力学和化学产生潜在影响,但迄今为止,没有任何关于单颗恒星形成后星团形成的模拟包含明确的宇宙射线输运(CRT)。 我们进行了首次数值模拟,使用GIZMO代码中实现的STARFORGE框架,跟踪了$2000 M_{\odot}$MC 的坍缩以及随后的恒星形成,并包括了CRT。 我们表明,当CR输运以流主导时,由于流不稳定导致的能量损失,云中的CR能量被强烈衰减。 因此,在类似银河系的环境中,计算的主要恒星形成时期云中的中位CR电离率(CRIR)较低($ \zeta \lesssim 2 \times 10^{-19} \rm s^{-1}$),并且CR对云中恒星形成的冲击有限。 然而,在高CR环境下,云中的CR分布升高($\zeta \lesssim 6 \times 10^{-18}$),外部相对较高的CR压力导致云坍缩稍早发生,并使恒星形成效率(SFE)增加$50 \%$至$\sim 13 \%$。 初始质量函数(IMF)在所有情况下都相似,除了在高CR环境可能存在变化。 需要进一步研究来解释分子云中观测到的电离率范围,并探索极端CR环境下的恒星形成情况。
摘要: Cosmic rays (CRs) are the primary driver of ionization in star forming molecular clouds (MCs). Despite their potential impacts on gas dynamics and chemistry, no simulations of star cluster formation following the creation of individual stars have included explicit cosmic ray transport (CRT) to date. We conduct the first numerical simulations following the collapse of a $2000 M_{\odot}$ MC and the subsequent star formation including CRT using the STARFORGE framework implemented in the GIZMO code. We show that when CR-transport is streaming-dominated, the CR energy in the cloud is strongly attenuated due to energy losses from the streaming instability. Consequently, in a Milky Way like environment the median CR ionization rate (CRIR) in the cloud is low ($ \zeta \lesssim 2 \times 10^{-19} \rm s^{-1}$) during the main star forming epoch of the calculation and the impact of CRs on the star formation in the cloud is limited. However, in high-CR environments, the CR distribution in the cloud is elevated ($\zeta \lesssim 6 \times 10^{-18}$), and the relatively higher CR pressure outside the cloud causes slightly earlier cloud collapse and increases the star formation efficiency (SFE) by $50 \%$ to $\sim 13 \%$. The initial mass function (IMF) is similar in all cases except with possible variations in a high-CR environment. Further studies are needed to explain the range of ionization rates observed in MCs and explore star formation in extreme CR environments.
评论: 已被《天体物理学杂志》接受
主题: 星系的天体物理学 (astro-ph.GA) ; 高能天体物理现象 (astro-ph.HE)
引用方式: arXiv:2407.17597 [astro-ph.GA]
  (或者 arXiv:2407.17597v1 [astro-ph.GA] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2407.17597
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI

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来自: Margot Fitz Axen [查看电子邮件]
[v1] 星期三, 2024 年 7 月 24 日 19:04:52 UTC (4,067 KB)
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