超相对论性 GRB 和 AGN 喷流的磁加速

我们展示了冷、轴对称、磁驱动相对论性外流的数值模拟。外流初始处于亚阿尔芬速度且坡印廷通量占主导，总能量通量与静止质量能量通量之比高达 $\mu \sim 620$。为了研究喷流的磁加速，我们模拟了被限制在具有预设形状刚性壁漏斗内的流动，取形状为 $z\propto r^a$（在柱坐标系中，$a$ 的范围从 1 到 2）。这使我们能够消除由自由边界与环境介质相互作用引起的数值耗散效应。我们发现，在所有情况下，流动都收敛到一个以空间扩展加速区为特征的稳态。对于喷流解，加速过程非常高效——在模拟的最外层尺度上，超过一半的坡印廷通量已转化为动能通量，且终端洛伦兹因子接近其最大可能值（$\Gamma_\infty \simeq \mu$）。加速伴随着磁力线的准直，其程度超过了漏斗形状所规定的范围。数值解通常与半解析自相似喷流解一致，并与在某些天体物理相对论性喷流中观察到的空间扩展加速相符。与先前的研究一致，我们还发现风解的加速效率显著较低，这表明脉冲星风在到达终止激波时可能仍由坡印廷通量主导。