磁层吸积的全球三维模拟：I. 磁中断盘与表面吸积

我们展示了一颗非旋转恒星上磁层吸积的三维理想 MHD 模拟。吸积过程呈现出由多种机制驱动的复杂三维结构。首先，由于磁交换不稳定性，盘在磁层截断半径（$R_T$）处形成细丝。这些细丝深入磁层内部，形成多条吸积柱，并最终以接近自由落体速度在距两极约 30$^o$ 处撞击恒星。超过 50\%（90\%）的吸积仅发生在 5\%（20\%）的恒星表面上。其次，由于磁交换不稳定性，$R_T$ 之外的盘区发展出大尺度磁主导气泡。这些气泡以亚开普勒速度轨道运动，持续数个轨道周期，同时导致非对称质量抛射。由于多为闭合磁力线，盘外流整体较弱。第三，盘上方出现磁支撑的表面吸积区，类似于受净垂直场穿透的磁化盘，偏离了传统磁层吸积模型。由于上述不稳定性，恒星磁场被高效输运至盘区，与“X-wind”模型形成对比。恒星吸积率保持相对平稳，标准偏差为 23\%。周期图揭示了在 $R_T$ 处约 0.2 倍开普勒频率处的变率，其与大尺度磁气泡相关。自旋加速力矩与 $\dot{M}(GM_*R_T)^{1/2}$ 的比值约为 0.8。最后，在对模拟进行缩放后，我们研究了内原行星盘中的行星迁移。在 $R_T$ 之外的 MHD 湍流盘中盘驱动的迁移缓慢，而气动阻力在 $R_T$ 内的迁移中起重要作用。