相对星体中磁场制动

我们研究了在广义相对论框架下，对非均匀旋转、均匀密度星体中磁场制动和粘性减缓非均匀旋转的行为。非均匀旋转的星体在平衡状态下可支撑显著更多的质量，远超非旋转或均匀旋转的星体。中子星双星合并或超新星核心坍缩的残余物可能产生此类“超质量”中子星。虽然超质量中子星在动力学时间尺度上可能是稳定的，但磁场制动和粘性减缓非均匀旋转最终将改变星体的平衡结构，可能导致延迟性的灾难性坍缩。本文考虑慢速旋转、弱磁场极限情况，即 E_rot << E_mag << W，其中 E_rot 为旋转动能，E_mag 为磁能，W 为星体的引力束缚能。我们假设系统具有轴对称性，在牛顿引力和广义相对论框架下求解 MHD 方程。当角速度在初始径向场线上发生变化时，便会生成环形磁场。我们发现，环形磁场和角速度在每条径向场线上独立振荡，这使我们能够将原始的 2+1 方程转化为 1+1 形式，并沿每条场线独立求解。不同场线上的无相干振荡在数个阿尔芬时间尺度内（“相位混合”）激发类湍流运动。在存在粘性时，星体最终被驱动到均匀旋转，初始非均匀旋转的能量转化为热能。我们的演化计算作为未来在完整 3+1 广义相对论中进行更真实 MHD 模拟的定性指南和基准。