高马赫数下的辐射湍流混合层

辐射湍流混合层（TMLs）在天体物理环境中无处不在，例如环星系介质（CGM），并由不同气相界面处的剪切速度触发。为理解 TMLs 对剪切速度的依赖性，我们进行了一组三维流体动力学模拟，重点考察高马赫数 $\mathcal{M}$ 下 TML 的性质。由于混合区中的剪切速度受限于混合气体的局域声速，高马赫数 TMLs 发展为两区结构：一个由显著冷却和混合示踪的、与马赫数无关的混合区，加上一个速度弥散大、随 $\mathcal{M}$ 增大而扩张的湍流区。低马赫数 TMLs 没有可区分的混合区和湍流区。低和高马赫数 TMLs 的辐射冷却分别主要由焓消耗和湍流耗散平衡。TML 的表面亮度和中等温度离子（例如 O VI）的柱密度在 $\mathcal{M} \lesssim 1$ 时均按 $\propto\mathcal{M}^{0.5}$ 标度，但在 $\mathcal{M} \gtrsim 1$ 时达到饱和（$\propto \mathcal{M}^0$）。在高马赫数下，流入速度和热气体夹带进入 TMLs 被显著抑制，且强湍流耗散驱动冷气体蒸发。这与低马赫数 TMLs 形成对比，后者的流入速度和热气体夹带随 $\mathcal{M}$ 增大而增强，且冷气体质量因夹带热气体的凝结而增加。