Статья «Анализ методов расчета траекторий пылевых частиц в газопылевом околозвездном диске, "Астрономический журнал"»

В работе впервые проведен систематический анализ методов расчета траекторий движения частиц твердой фазы, которые применяются в современных астрофизических кодах для моделирования газопылевых околозвездных дисков. Рассматривается движение тел, скорости которых определяются главным образом трением о газ, то есть для которых время релаксации скорости пыли относительно скорости газа tt меньше периода обращения или сопоставимо с ним. Методы анализируются с точки зрения их применимости для расчета движения тел малого размера, включая пыль размером менее 1 мкм, сильно связанную с газом. Рассмотрены две модельные задачи, для которых можно количественно оценить отклонение решения, полученного путем численного интегрирования, от аналитического. Приведены экономичные методы первого порядка аппроксимации по времени, которые позволяют избегать дополнительных ограничений на шаг по времени т со стороны трения при расчете движения тел любого размера. Показано, что для условий околозвездного диска погрешность расчета скорости, получаемая при использовании ряда устойчивых методов, становится неприемлемо большой при использовании временно го шага т > tt. Найдено, что для радиальной миграции тел, которые дрейфуют по орбитам, близким к кеплеровым, асимптотическое приближение, иногда называемое в литературе аппроксимацией коротких времен или приближением малого запаздывания (short friction time approximation, drift flux model), дает относительную погрешность вычисления радиальной скорости, равную St. Здесь St - число Стокса, равное отношению времени остановки тел к доле периода обращения (динамическому времени) в диске.