星体辐射区的磁流体力学不稳定性。I. 剪切驱动的不稳定性线性研究
太阳与恒星天体物理
2026-02-10 v2
摘要
本文是关于星体辐射区可能贡献于角动量传递和磁场演化的磁流体力学不稳定性系列研究中的第一篇。我们聚焦于剪切驱动的不稳定性，具体包括金伯利-舒普特-弗里克（GSF）不稳定性和磁力学旋转不稳定性（MRI），它们预计在辐射区的内部动力学中发挥关键作用。我们采用数值方法进行局部线性稳定性分析，超越经典限制情况，并包括迁移和磁张力等稳定效应，允许探索真实流动范例。这些结果通过在 Taylor-Couette 配置中的全局模式分析进行了验证。我们恢复了标准 MRI 和方位性 MRI 稳定准则，并量化了迁移、磁张力和扩散对其增长的影响。在强剪切条件下，我们推导出磁化 GSF（MGSF）不稳定性的新准则，并阐明了当迁移和磁场效应缩小不稳定域时，SMRI 向 MGSF 的转变。我们还提供了近似增长时间公式，识别给定星体条件下的主导不稳定性，可实现于 1D 星体演化代码中。全局 Taylor-Couette 计算验证了局部 WKB 分析。应用于亚分裂星和年轻红巨星时，我们的结果表明，剪切驱动的不稳定性在磁场强度低于 100 kG 时可快速增长。在磁场强度达 100 kG 并局限于氢燃烧壳的强轴向场情况下，除非剪切足够远离，否则可抑制不稳定性。这些结果支持将我们的准则和增长估计纳入星体演化模型，以评估剪切驱动的传递效率。
引用
@article{arxiv.2602.06889,
title = {Magnetohydrodynamic instabilities in stellar radiative regions. I. Linear study of shear-driven instabilities},
author = {V. Durepaire and L. Petitdemange and K. Belkacem and A. Guseva and L. Manchon and R. Hollerbach and F. Daniel},
journal= {arXiv preprint arXiv:2602.06889},
year = {2026}
}