离子-中性盘中磁旋转不稳定性的非线性演化

我们对弱电离等离子体中的磁旋转（Balbus-Hawley）不稳定性进行了三维磁流体动力学模拟。我们采用了一种将离子和中性粒子各自作为独立流体处理、仅通过碰撞拖曳项耦合的方案。未考虑电离和复合过程。离子-中性系统的线性稳定性此前已由Blaes和Balbus（1994）研究过。这里我们通过计算局部剪切盒近似下开普勒角动量分布的演化，将他们的结果推广到非线性区域。我们发现当碰撞频率约为轨道频率的100倍时，存在显著的湍流和角动量传输。在更高的碰撞率下，此处研究的双流体系统与此前研究的完全电离系统行为非常相似。在较低的碰撞率下，不稳定性的演化主要由离子的性质决定，中性粒子充当湍流的汇。由于在此区域饱和发生在磁场相对于离子压强为超热时，我们发现磁场能量幅度和相应的角动量传输率与离子密度成正比。当碰撞频率小于轨道频率的0.01倍时，我们发现离子和中性粒子基本解耦；在这种情况下，离子流体表现为单流体模拟中的行为，而中性粒子保持静止。我们发现纯环向初始磁场构型在整个耦合频率范围内对磁旋转不稳定性是不稳定的。