辐射恒星内部方位角磁旋转不稳定性对角动量与化学物质的输运
太阳与恒星天体物理
2023-11-27 v1 地球与行星天体物理
摘要
演化恒星内部角动量(AM)与化学元素的输运仍知之甚少。近期观测表明,低质量主序星与红巨星的辐射核自转比经典恒星演化模型预言慢数个数量级,且其表面轻元素丰度过低。磁流体动力学(MHD)湍流可增强辐射恒星内部的输运,但其效率仍高度不确定。本文利用球壳中的三维MHD直接数值模拟,探究由方位角磁旋转不稳定性(AMRI)引起的角动量与化学元素输运。首先,我们在局域与全局线性稳定性研究预期的参数区间内证实了AMRI的存在,随后分析了其非线性演化。对于无分层流动,我们在磁普朗特数Pm为时观测到AMRI驱动的发电机作用,这是全局构型中报道过的最小值。当在Boussinesq近似下考虑稳定分层且时,湍流则处于过渡态,并随浮力效应增强而变得较不均匀与各向同性。我们发现角动量沿径向向外输运,且在分层足够大时由Maxwell应力主导。相应的湍流黏度随浮力效应增强而减小,并随自转速率与Brunt-Väisälä频率之比的平方根标度,由此预言例如红巨星核可在数千年内达到均匀自转状态。被动标量使我们得以研究化学元素的输运。化学湍流扩散系数随分层标度的行为与湍流黏度相似,但幅度更低,这与近期低质量恒星演化模型所提示的一致。
引用
@article{arxiv.2311.13962,
title = {Angular momentum and chemical transport by azimuthal magnetorotational instability in radiative stellar interiors},
author = {Domenico G. Meduri and Laurène Jouve and François Lignières},
journal= {arXiv preprint arXiv:2311.13962},
year = {2023}
}
备注
24 pages, 26 figures, submitted to A&A