具有环向磁场的中子星的非轴对称不稳定性

本文旨在阐明具有强环向磁场的中子星对非轴对称扰动的稳定性。研究动机源于以下事实：约10^15高斯的超强磁化中子星（磁星）以及磁驱动超新星爆发后诞生的磁化原中子星很可能具有如此强的环向磁场。我们进行了长期的三维广义相对论磁流体动力学模拟，以处于平衡态且具有环向磁场的等熵中子星作为初始条件。为探究旋转对稳定性的影响，对非旋转和刚性旋转模型均进行了模拟。我们发现，在非旋转和旋转模型中均出现了帕克不稳定性和/或泰勒不稳定性。对于非旋转和旋转模型，正如局部线性扰动分析所预测的那样，帕克不稳定性是主要的不稳定性。在旋转模型中还出现了交换不稳定性。研究发现，快速旋转不足以抑制帕克不稳定性，这一发现与扰动分析的结果不符。其原因是，刚性且快速旋转的恒星处于边际稳定状态，因此，在存在恒星脉动导致旋转剖面变形的情况下，会形成角动量剖面具有负梯度的不稳定区域。不稳定性发生后，湍流被激发。与轴对称情况相反，在湍流发展后，磁场从未达到平衡态。这一结论表明，三维模拟对于探索磁星的形成或磁星的显著活动（如巨耀发）是不可或缺的。