通过三维电阻磁流体动力学模拟研究湍流对磁重联率的影响

我们通过高分辨率三维磁流体动力学(MHD)模拟，在伦德奎斯特数从$S=10^3$到$10^6$的范围内，研究了湍流对磁重联的影响。基于Lazarian和Vishniac(1999)的理论（该理论断言重联率与欧姆电阻无关），我们引入小尺度扰动直至$t=0.1\, t_A$。即使扰动停止后，湍流仍然持续，导致$V_\text{rec}/V_A \sim 0.03-0.08$的高重联率得以维持。这些重联率比二维和三维MHD模拟中电阻撕裂模（等离子体团链）产生的重联率高5到6倍。我们的发现与太阳现象中的观测结果以及先前对太阳耀斑、吸积流和相对论性喷流的全局三维MHD模拟结果一致。模拟显示，稳态快重联率与系统中湍流的充分发展相容，证明了该过程在湍流环境中的鲁棒性。我们确认重联率与伦德奎斯特数无关，支持了Lazarian和Vishniac的快速湍流重联理论。此外，我们发现$V_\text{rec}$对等离子体-$\beta$参数有轻微依赖关系：在伦德奎斯特数为$10^5$的模拟中，当$\beta$从2.0增加到64.0时，$V_\text{rec}$（以阿尔芬单位计）从0.036下降到0.028。最后，我们探讨了磁普朗特数（$\text{Pr}_m=\nu/\eta$）对重联率的影响，发现在测试范围（$\text{Pr}_m=1$到60）内，该影响在湍流状态下可忽略不计。