星系团介质中成分梯度驱动不稳定性的局部模拟

由于极高的等离子体温度，渗透星系团的星系团介质（ICM）中氦的分布约束不佳。因此，等离子体常被假设为均匀的。然而，非均匀的氦分布会在测量关键星系团参数时导致偏差。这促使了一维模型的提出，该模型演化 ICM 成分，并假设磁场效应可被参数化或忽略。针对非等温星系团此类模型显示，氦可在星系团核心沉积，导致浓度峰值偏离星系团中心。最近研究表明，当考虑磁化等离子体的弱碰撞特性时，由此产生的剖面是线性不稳定的。本文中，我们呈现了 MHD 代码 Athena 的修改版本，使得演化受引力场作用且在温度和成分上均分层的弱碰撞等离子体成为可能。我们彻底测试了我们的实现，并确认与若干解析结果高度吻合。为了隔离成分效应，在此初步研究中我们将注意力集中于等温等离子体。我们表明，以成分梯度为能量来源的等离子体不稳定性可诱导湍流混合，并通过重新排布磁力线和缓解成分梯度而饱和。随半径增加的成分剖面导致不稳定性，其通过将平均磁场倾角驱动至大约 $45^{\circ}$ 而饱和。我们推测，该效应可能缓解在均匀环境中观测到的核心隔热，对相关的冷却流问题具有潜在影响。