基于自适应网格细化、狭义相对论流体动力学模拟的伽马射线暴动力学与余辉辐射

我们报告了 Mezcal-SRHD 的开发，这是一个新的自适应网格细化、狭义相对论流体动力学（SRHD）代码，旨在研究伽马射线暴源中的高度相对论性流动。SRHD 方程使用有限体积守恒求解器求解。算法的正确实现通过一维（1D）激波管和多维测试进行了验证。随后，该代码被应用于研究在满足 $\rho \propto r^{-k}$ 的分层介质中膨胀的一维球对称脉冲式爆炸波，衔接相对论阶段与牛顿阶段，以及在恒定密度介质中传播的二维（2D）柱对称脉冲式喷流。结果表明，在一维情况下，减速至非相对论速度发生的尺度显著大于 Sedov 长度。随着周围介质分层程度的增加，这一转变相对于 Sedov 长度的延迟也进一步加大。这一结果，连同位置、洛伦兹因子和激波速度作为时间和激波半径函数的标度关系，在此通过一个基于能量守恒的简单解析模型得以解释。文中详细描述了通过对模拟结果进行后处理来计算余辉辐射的方法。利用一维数值模拟在相对论阶段的结果计算出的光变曲线，正确地再现了假设流动演化遵循自相似 Blandford-McKee 解所计算出的结果。我们二维模拟得到的喷流动力学及由此产生的余辉光变曲线（包括喷流拐折）与先前工作中的结果吻合良好。最后，我们展示了动力学细节如何关键性地依赖于对相对论性流动结构的恰当分辨。