双极扩散对弱电离盘磁旋转不稳定性非线性演化的影响
地球与行星天体物理
2015-05-27 v1 太阳与恒星天体物理
摘要
我们利用强耦合极限研究了双极扩散（AD）对原行星盘中磁旋转不稳定性（MRI）非线性演化的作用，该极限适用于电子复合时间远短于轨道时间的情况。在此极限下，AD效应由无量纲数Am表征，即中性粒子与离子碰撞的频率相对于轨道频率的归一化值。我们在广泛的Am范围以及不同的磁场强度和几何结构下，进行了三维无分层剪切盒模拟。MRI湍流的饱和水平取决于磁场几何结构，并随净磁通量的增加而增加。对于持续湍流，净磁通存在一个上限，对应于最不稳定垂直波长小于盘标高这一要求。相应地，在给定的Am下，存在一个湍流应力最大值α_max。对于Am<1，最大的应力与同时具有净垂直和环向磁通的磁场几何结构相关。在这种情况下，我们证实了线性分析的结果，即最快增长模式具有非零径向波数，其增长率超过纯垂直场情况。我们发现，无论磁场几何结构如何，在MRI湍流的饱和状态下，湍流应力（α）与等离子体β=P_gas/P_mag~1/(2α)之间存在非常紧密的相关性，并且α_max随Am的减小而迅速减小。特别地，我们给出Am=1时α_max~0.007，Am=0.1时α_max~0.0006。
引用
@article{arxiv.1103.1380,
title = {Effect of Ambipolar Diffusion on the Non-linear Evolution of Magnetorotational Instability in Weakly Ionized Disks},
author = {Xue-Ning Bai and James M. Stone},
journal= {arXiv preprint arXiv:1103.1380},
year = {2015}
}
备注
20 pages, 16 figures, submitted to ApJ