电流驱动不稳定性的三维相对论磁流体动力学模拟 I. 静态柱的失稳

我们通过三维相对论磁流体动力学模拟研究了电流驱动扭折不稳定性。为了研究初始位形对不稳定性线性和非线性演化的影响，我们考虑了一种静态无力平衡螺旋磁场位形。我们发现，初始位形受到强烈扭曲，但并未被扭折不稳定性破坏。不稳定性按照线性理论的预测发展。在非线性区域，除一次模拟外，所有模拟中扭折振幅都持续增加直至模拟终止时间，尽管速率不同。电流驱动扭折不稳定的增长率和非线性演化对密度轮廓有中等程度的依赖，而对磁螺距轮廓有强烈的依赖。当磁螺距随半径增加时，线性区域中扭折模式的增长率降低，且非线性区域比恒定螺旋螺距的情况更晚达到。另一方面，当磁螺距随半径减小时，线性区域中扭折模式的增长率增加，且比恒定磁螺距的情况更早达到非线性区域。对于递减的磁螺距，非线性区域中的扭折振幅增长导致一个被磁场缠绕的细长螺旋扭曲柱。相反，对于递增的磁螺距，非线性区域中的扭折振幅增长几乎停止。