研究目的
研究辐射流体力学模拟中光子动量与气体耦合的数值误差，并提出一种面积分方法来修正这些误差。
研究成果
除非能解析光子平均自由程（通常难以实现），否则基于单元的耦合方法会严重低估辐射压力。而基于面的耦合方法提供了一种在所有分辨率下均适用的稳健替代方案，能显著提升恒星形成等天体物理系统模拟的精度。
研究不足
该研究聚焦于数值误差与修正，并未涵盖所有物理复杂性（例如多物理场反馈机制）。暴力收敛所需的分辨率要求在多数情况下不切实际。面积分法可能存在微小几何误差。
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将光子动量（辐射压力）与气体耦合中的数值问题
DOI：10.1093/mnras/sty3089
期刊：Monthly Notices of the Royal Astronomical Society
出版年份：2019
更新时间：2025-09-23 15:22:29
摘要：
辐射压力（RP；或气体吸收的光子动量）在众多天体物理系统中都至关重要。但我们发现，在数值辐射流体力学模拟中，将吸收的光子动量分配给气体的常规方法（通过积分单元体积或在单元中心求值）会严重低估未解析（点/离散）源附近区域的辐射压力作用力（进而低估其对整体气体性质的影响），除非流体网格中高度解析了光子平均自由程。这种误差的存在与数值辐射传输（RT）方法无关（即使在精确光线追踪/蒙特卡洛方法中也是如此），因为它取决于RT解如何插值回流体单元。在许多情况下（尤其是涉及紫外/电离光子时），暴力收敛（解析平均自由程）是不可能的。相反，我们提出了一种"面积分"方法——在流体单元之间的界面上积分并施加动量通量——该方法在所有分辨率水平上都能更好地逼近正确解。这种"修正"方法简单易行，我们为网格和无网格流体方案中的光线追踪、蒙特卡洛及矩方法RT提供了示例实现。以分子云中存在紫外/电离辐射压力的恒星形成为例：在当前最先进的分辨率下，单元积分法会将辐射压力的净效应低估一个数量级，从而（错误地）得出辐射压力不重要的结论；而面积分法则预测辐射压力会通过自调节机制强烈抑制恒星形成并导致云体瓦解。
作者：
Philip F. Hopkins，Michael Y. Grudi?
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