高超声速外流中的动力学热不稳定性
星系天体物理
2022-06-08 v2 高能天体物理现象
摘要
加速可改变 X 射线辐照气体的电离程度，直至气体变得热不稳定。云形成作为热不稳定性（TI）的预期结果，在动力学流动中会因伴随加速的流体元拉伸而受到抑制。因此，云形成不太可能在超声速外流的启动阶段发生。本文中，我们表明高超声速外流中动力学 TI 的最有利条件出现在加速区之外的半径处，此处熵模的增长率由静态等离子体的线性理论速率决定。该发现意味着即便轻度相对论性外流也可变得成团，我们通过对超快外流的流体动力学模拟明确展示了这一点。我们描述了如何利用连续性方程与热方程来理解使外流成团的另一个障碍（除拉伸导致的模破坏之外）：背景流动条件可能根本不允许等离子体首先进入 TI 区。连续性方程揭示，这两大障碍实则紧密耦合，但其中之一易于克服。即，我们发现辐射场的时间变化是将气体置于 TI 区的稳健手段。我们进一步展示了动力学与热时间尺度之比如何进入线性理论；热方程揭示了该比值如何依赖于倾向于将气体移出 TI 区的两个过程——绝热冷却与热平流。
引用
@article{arxiv.2111.07440,
title = {Dynamical thermal instability in highly supersonic outflows},
author = {Tim Waters and Daniel Proga and Randall Dannen and Sergei Dyda},
journal= {arXiv preprint arXiv:2111.07440},
year = {2022}
}
备注
Accepted version to appear in ApJ (now 20 pages - Section 2 is somewhat extended/reorganized; Section 4 includes a discussion of the effects of cosmic rays). Simulations viewable at https://trwaters.github.io/dynamicalTI/