磁星壳内具有朗道量子化电子的电子磁流体动力学数值模拟

在磁星壳中，磁场足够强，可以将电子限制在少量至中等数量的量子化朗道能级上。这可能对壳层的热力学性质产生显著影响，产生依赖于磁场的德哈斯-范阿尔芬振荡。我们先前论证了，磁化率的大振幅振荡可能通过持续产生小尺度、快速耗散的磁场特征来增强磁场的欧姆耗散。这对于磁星磁场的演化可能很重要，并有助于解释观测到的磁星较高温度。为了研究这一点，我们首次在具有代表性的中子星壳层物质体积内，对包含朗道量子化所导致的磁化和磁化率的电子磁流体动力学进行了准三维数值模拟。我们发现，根据磁场位形的不同，这种效应可能使欧姆耗散率的潜在增强因子在温度约为 $10^8$ K 时达到 $\sim 3$，在温度约为 $5\times10^7$ K 时达到 $\sim 4.5$。非线性霍尔项对这种放大至关重要：没有它，即使在 $5\times10^7$ K 的温度下，磁场衰减的增强因子也 $\lesssim 2$。这些效应在磁能谱中产生了一个与小尺度德哈斯-范阿尔芬振荡相关的高波数平台。我们的结果表明，这种机制可能有助于解释磁星加热问题，但由于该效应的温度依赖性，需要在真实恒星模型中进行完整的磁热演化模拟，以判断它是否是一个可行的解释。