三维相对论电流片的演化与自生湍流的产生

本文首次研究了 Poynting 主导等离子体中三维相对论电流片的时间演化。过去几十年中，大量工作致力于研究二维空间中电流片的演化，并得出结论：足够长的电流片总是演化为所谓的“磁岛链”，其提供与电阻率无关的快重联率。然而，有人怀疑磁岛链仅存在于二维近似情形，并在三维空间中会转变为湍流。我们使用电阻相对论磁流体力学近似对相对论电流片进行了三维数值模拟。结果表明，三维电流片演化为湍流而非磁岛链。所得重联率为 $0.004$，远小于磁岛链的情形。磁能向湍流动能的转换仅为 0.01%，远小于典型的非相对论情形。利用能量原理，我们还表明磁岛总是对其加速度相反方向的位移不稳定，可能为互换型不稳定性，这总是在磁岛后方产生湍流的种子。最后，讨论了沿电流片的温度分布，发现其活跃程度低于磁岛链。我们的发现可应用于许多高能天体物理现象，并可为 Poynting 主导等离子体中的一般电流片提供基本模型。