天体物理 MHD 模拟中的能量分布与子结构形成

在磁化天体物理等离子体中的子结构形成过程中，由磁重联促进的磁能耗散通过加热和加速抛射的等离子体团而影响系统动力学。数值模拟是研究此类系统的关键工具。在天体物理模拟中，能量耗散、重联率和子结构形成关键取决于数值或物理起源的重联起始。在本文中，我们希望通过量化并讨论维度、分辨率和代码精度对磁能耗散、重联率和子结构形成的影响，来评估最先进数值代码 PLUTO 和 KORAL 的可靠性。我们定量比较了使用相对论与非相对论、电阻与非电阻以及二维与三维设置执行 Orszag-Tang 测试问题所获得的结果。我们找到了每个模型中数值误差可忽略且分辨率不显著影响磁能耗散和重联率的充足分辨率。非相对论模拟表明，在充足分辨率下，磁能和动能转化为内能并加热等离子体。结果显示，在相对论系统中，能量分量在模拟时间内相互转换，导致在总模拟时间 $10$ 个光穿越时间的 20% 和 90% 时刻磁能大幅增加——由于相对论激波，磁场被放大了五倍。我们还表明，所有模拟中的重联率均高于 $0.1$，表明处于等离子体团介导机制。结果表明，在 KORAL 模拟中，磁能略大且捕获的子结构多于 PLUTO 模拟。