单极磁层中磁能到动能的转换效率

来自旋转磁化致密体的无约束相对论外流，通常可以通过假设大半径处的场几何近似为分裂单极子来很好地建模。早期的工作表明，这种无约束流动的磁能到动能的转换效率很低。这导致了一个结论，即理想磁流体力学 (MHD) 过程无法解释例如大半径处能量转换显得很高效的蟹状星云脉冲星风等观测结果。此外，作为天体物理射流的模型，单极场几何已被放弃，转而支持外部约束射流，因为后者似乎是更普遍高效的射流加速器。我们执行含时轴对称相对论 MHD 模拟，以寻找具有单极场几何的致密体风稳态解。我们的模拟跟踪了距离致密体 10 个数量级的外流，这足以研究磁化风的初始“加速区”以及渐近“滑行区”。我们得到了令人惊讶的结果，即在极区的加速实际上是高效的，尽管没有外部介质的约束，该区域发展成了射流。我们的模型包含的射流具有足够能量来解释中等能量的长和短伽马射线暴 (GRB) 事件 (~10^{51}--10^{52} erg)，它们准直成狭窄的开角 (半开角 θ_j ≈ 0.03 rad)，在大半径处成为物质主导的 (单位物质能流的电磁能流 σ<1)，并以超相对论洛伦兹因子运动 (我们的基准模型中 γ_j ~ 200)。