مقاله ویژگی‌های ابری در مقیاس‌های فضایی در شبیه‌سازی‌های محیط بین ستاره‌ای

چکیده

Molecular clouds (MC) are structures of dense gas in the interstellar medium (ISM), that extend from ten to a few hundred parsecs and form the main gas reservoir available for star formation. Hydrodynamical simulations of varying complexity are a promising way to investigate MC evolution and their properties. However, each simulation typically has a limited range in resolution and different cloud extraction algorithms are used, which complicates the comparison between simulations. In this work, we aim to extract clouds from different simulations covering a wide range of spatial scales. We compare their properties, such as size, shape, mass, internal velocity dispersion and virial state. We apply the Hop cloud detection algorithm on (M)HD numerical simulations of stratified ISM boxes and isolated galactic disk simulations that were produced using Flash Ramses and Arepo We find that the extracted clouds are complex in shape ranging from round objects to complex filamentary networks in all setups. Despite the wide range of scales, resolution, and sub-grid physics, we observe surprisingly robust trends in the investigated metrics. The mass spectrum matches in the overlap between simulations without rescaling and with a high-mass slope of $\mathrm{d} N/\mathrm{d}\ln M\propto-1$ in accordance with theoretical predictions. The internal velocity dispersion scales with the size of the cloud as $σ\propto R^{0.75}$ for large clouds ($R\gtrsim3\,\mathrm{pc}$). For small clouds we find larger sigma compared to the power-law scaling, as seen in observations, which is due to supernova-driven turbulence. Almost all clouds are gravitationally unbound with the virial parameter scaling as $α_\mathrm{vir}\propto M^{-0.4}$, which is slightly flatter compared to observed scaling, but in agreement given the large scatter.

چکیده به فارسی (ترجمه ماشینی)

ابرهای مولکولی (MC) ساختارهایی از گاز متراکم در محیط بین ستاره ای (ISM) هستند که از ده تا چند صد پارسس امتداد دارند و مخزن اصلی گاز را برای تشکیل ستاره تشکیل می دهند.شبیه سازی هیدرودینامیکی از پیچیدگی های مختلف روشی امیدوار کننده برای بررسی تکامل MC و خواص آنها است.با این حال ، هر شبیه سازی به طور معمول دارای محدوده محدود در وضوح است و از الگوریتم های مختلف استخراج ابر استفاده می شود ، که مقایسه بین شبیه سازی ها را پیچیده می کند.در این کار ، ما هدف ما استخراج ابرها از شبیه سازی های مختلف است که طیف گسترده ای از مقیاس های مکانی را پوشش می دهد.ما خواص آنها مانند اندازه ، شکل ، جرم ، پراکندگی سرعت داخلی و وضعیت ویروسی را با یکدیگر مقایسه می کنیم.ما الگوریتم تشخیص ابر هاپ را بر روی (M) شبیه سازی های عددی HD از جعبه های ISM طبقه بندی شده و شبیه سازی های دیسک کهکشانی جدا شده که با استفاده از قوچ فلش تولید شده و Arepo تولید شده اند ، می یابیم که ابرهای استخراج شده از نظر شکل از اشیاء دور تا شبکه های رشته ای پیچیده پیچیده هستند.همه تنظیماتبا وجود طیف گسترده ای از مقیاس ها ، وضوح و فیزیک زیر شبکه ، ما روندهای شگفت آور قوی را در معیارهای مورد بررسی مشاهده می کنیم.طیف جرم در همپوشانی بین شبیه سازی ها بدون نجات و با شیب با جرم بالا از $ \ mathrm {d} n/\ mathrm {d} \ ln m \ propto-1 $ مطابق با پیش بینی های نظری مطابقت دارد.مقیاس پراکندگی سرعت داخلی با اندازه ابر به عنوان $ σ \ propto r^{0.75} $ برای ابرهای بزرگ ($ r \ gtrsim3 \ ، \ mathrm {pc} $).برای ابرهای کوچک ، سیگما بزرگتر را در مقایسه با مقیاس قدرت قانون می یابیم ، همانطور که در مشاهدات مشاهده می شود ، که به دلیل تلاطم فوق العاده محور است.تقریباً همه ابرها از نظر گرانشی با مقیاس پارامتر ویروسی به عنوان $ α_ \ Mathrm {vir \ propto m^{-0.4} $ ، که در مقایسه با مقیاس بندی مشاهده شده کمی مسطح تر است ، اما در توافق با توجه به پراکندگی بزرگ است.