用于模拟大质量星星磁层的刚性场流体力学方法

我们引入了一种新的刚性场流体力学方法，用于在极强磁场极限下模拟大质量星星的磁层。将磁力线视为有效刚性，我们发展了描述沿每根磁力线一维流动的流体力学方程，该流动受压力、辐射、引力和离心力作用。我们对大量磁力线系综数值求解这些方程，以建立具有类似于原型 Bp 星 sigma Ori E 参数的模型星的三维含时模拟。由于沿每根磁力线的流动可以独立于其他磁力线求解，这种方法的计算成本仅为等效磁流体力学处理的很小一部分。模拟证实了先前解析和数值研究的许多预测。来自相对磁半球的星风流之间的碰撞导致了强烈的激波加热。激波后等离子体最初通过 X 射线发射冷却，并最终积累到一个由有效（引力加离心）势极小值轨迹定义的、翘曲的刚性旋转盘中。但也出现了许多新结果。对于远离恒星延伸的磁力线，快速的面积发散增强了星风的辐射加速，导致高激波速度（高达 ~3,000 km/s）和硬 X 射线。此外，离心势能的释放继续在激波后加热星风等离子体，温度最高可达激波本身温度的两倍左右。最后，在某些情况下，积累盘中的冷等离子体可以在其平衡位置附近振荡，这可能是由于相邻激波后区域的辐射冷却不稳定性所致。