Numerical modeling of formation of high density solitary vortices in a circumstellar disk

Authors

  • O.P. Stoyanovskaya
  • V.N. Snytnikov

Keywords:

self-gravitating circumstellar disk
structure formation
solitary clump
vortex
SPH
PIC

Abstract

The gravitational instability in the two-phase medium of a circumstellar disk is studied numerically. The formation process for high density solitary clumps is reproduced. The hybrid model of an unstable circumstellar disk includes the gas dynamics equations, the collisionless Boltzmann equation, and the equation for the self-consistent gravitational field. The code developed allows one to calculate the nonlinear modes of instability development in massive disks. It is shown that all clumps on the stage of their formation are vortices with the maximum of pressure and density at the center and with the solid-body rotation irrespective of their size and formation time.

New computational technologies

Downloads

Published

2012-06-28

Issue

Vol. 13 (2012): Issue 3.

Section

Section 1. Numerical methods and applications

Author Biographies

O.P. Stoyanovskaya

Boreskov Institute of Catalysis of SB RAS
• Researcher

V.N. Snytnikov

Boreskov Institute of Catalysis of SB RAS
• Senior Researcher

References

  1. Boss A.P. Possible rapid gas giant planet formation in the solar nebula and other protoplanetary disks // Astrophys. J. 2000. 536, N 2. L101-L104.
  2. Liu G.R., Liu M.B. Smoothed particle hydrodynamics, a meshfree particle method. Singapore: World Scientific, 2003.
  3. Lodato G., Clarke C. Resolution requirements of smoothed particle hydrodynamics simulations of self-gravitating accretion discs // Mon. Not. R. Astron. Soc. 2011. 413. 27-35.
  4. Meru F., Bate M.R. Exploring the conditions required to form giant planets via gravitational instability in massive protoplanetary discs // Mon. Not. R. Astron. Soc. 2010. 406. 1060-1072.
  5. Paardekooper S.-J., Baruteau C., Meru F. Numerical convergence in self-gravitating disc simulations: initial conditions and edge effects // Mon. Not. R. Astron. Soc. 2011. 416. 65-69.
  6. Rice W.K. M, Lodato G., Pringle J.E., Armitage P.J., Bonnell I.A. Planetesimal formation via fragmentation in self-gravitating protoplanetary discs // Mon. Not. R. Astron. Soc. 2006. 372. 9-13.
  7. Вшивков В.А., Кукшева Э.А., Никитин С.А., Снытников А.В., Снытников В.Н. О параллельной реализации численной модели физики гравитирующих систем // Автометрия. 2003. 39, № 3. 115-123.
  8. Снытников В.Н., Вшивков В.А., Кукшева Э.А., Неупокоев Е.В., Никитин С.А., Снытников А.В. Трехмерное численное моделирование нестационарных систем N-тел с газом // Письма в астрономический журнал. 2004. 30, № 2. 146-160.
  9. Снытников В.Н. Абиогенный допланетный синтез пребиотического вещества // Вестник РАН. 2007. 77, № 3. 218-226.
  10. Стояновская О.П., Снытников В.Н. Особенности SPH-метода решения газодинамических уравнений для моделирования нелинейных волн в двухфазной гравитирующей среде // Математическое моделирование. 2010. 22, № 5. 29-44.
  11. Стояновская О.П., Снытников В.Н. Сингулярные решения в модели раннего этапа эволюции околозвездного диска // Тр. Междунар. конф. «Современные проблемы прикладной математики и механики: теория, эксперимент и практика», посвященной 90-летию со дня рождения академика Н.Н. Яненко. Новосибирск: ИВТ СО РАН, 2011 (http://conf.nsc.ru/files/conferences/niknik-90/fulltext/40407/47015/Stoyanovskaya.pdf).
  12. Стояновская О.П., Снытников В.Н. Решение нестационарных задач двухфазной гравитирующей среды: проблемы и результаты // Параллельные вычислительные технологии (ПаВТ-2012). Тр. Междунар. научной конф. (Новосибирск, 26-30 марта 2012 г.). Челябинск: Издательский центр ЮУрГУ, 2012. 683-689.
  13. Фридман А.М. Предсказание и открытие сильнейших гидродинамических неустойчивостей, вызванных скачком скорости: теория и эксперименты // Успехи физич. наук. 2008. 178. 225-242.