天体物理等离子体中的辐射损失与离子-中性粒子碰撞效应

本文在由耦合的中性粒子和带电粒子组成的双流体模型中研究了辐射冷却的作用。我们首先分析了线性化的双流体方程，其中在带电粒子的能量方程中包含了辐射损失。在平行传播的一维几何结构中，在弱耦合和强耦合的极限情况下，可以解析地证明热模式和声波的不稳定性条件（分别为等压和等熵准则）相对于单流体辐射等离子体保持不变。对于本文考虑的太阳日冕代表性参数，辐射冷却导致热模式的增长和声波的阻尼。当中性粒子被包含且与电荷充分耦合时，热模式增长率和波的阻尼均减小了相同的因子，该因子仅取决于电离分数。对于随时间恒定的加热函数，我们发现热模式的增长和声波的阻尼略大。在三维几何结构中一般方程组特征值的数值计算证实了解析结果。然后我们运行了二维完全非线性模拟，给出了与之一致的结果：更高的电离分数或更低的耦合将增加增长率。磁场在线性阶段的贡献可以忽略不计。电离-复合效应可能起着重要作用，因为辐射冷却在系统中产生了大范围的温度变化。在数值模拟中，在第一次凝聚阶段之后，当达到最低温度时，由于复合，中性粒子的比例增加了四个数量级。