气体介质中圆轨道扰动体的非线性动力学摩擦
星系天体物理
2015-05-20 v1
摘要
我们使用三维流体动力学模拟研究气体对沿圆轨道运动的超大质量扰动体的非线性引力响应以及由此产生的阻力。这项工作扩展了我们之前对低质量扰动体在圆轨道上和高质量扰动体在直线轨迹上的研究。背景介质假设为非旋转、绝热指数为5/3、均匀且密度为rho0、声速为a0。我们使用Plummer球体对引力扰动体进行建模，其质量为Mp、软化半径为rs，以速度Vp和轨道半径Rp做匀速圆周运动，并运行了具有不同R=rs/Rp、马赫数Mach=Vp/a0和B=G*Mp/(a0^2*Rp)的多种模型。超声速模型的准稳态密度尾流由围绕扰动体的流体静力学包层、上游弓形激波和尾随的低密度区域组成。扰动体运动方向的持续变化使得脱体激波距离相比直线轨迹情况有所减小，而扰动体的轨道平均引力将气体聚集到轨道中心，将背景激波前密度修正为rho1=(1 + 0.46B)*rho0，该值对马赫数依赖较弱。对于足够大质量的扰动体，流体静力学包层的存在使得阻力小于线性扰动理论的预测，对于etaB = B/(Mach^2 -1) > 0.1，结果为F = 4*pi*rho1*(G*Mp/Vp)^2 * (0.7/etaB)；对于etaB < 0.1的低质量扰动体，阻力与线性预测吻合良好。只要R < etaB/2，非线性阻力就与R无关，这为数值模拟中准确评估阻力设定了扰动体尺寸的上限。
引用
@article{arxiv.1010.1995,
title = {Nonlinear Dynamical Friction of a Circular-Orbit Perturber in a Gaseous Medium},
author = {Woong-Tae Kim},
journal= {arXiv preprint arXiv:1010.1995},
year = {2015}
}
备注
Accepted for publication in the ApJ