运动计算网格上相对论性火球中的瑞利-泰勒不稳定性

我们数值计算了由 Lorentz 因子 $\Gamma$ = 10、30 和 100 的相对论性外流减速引起的 Rayleigh-Taylor 不稳定性的增长与饱和。该不稳定性产生的湍流尺度对 Lorentz 因子表现出强烈的依赖性，因为只有角尺度小于 $1/\Gamma$ 的模式才能增长。我们开发了一种简单的诊断方法来测量湍流涨落中的动能，并计算出在不稳定性影响区域内湍流动能与热能之比为 0.03。尽管我们的数值计算未包含磁场，但我们论证认为，小尺度湍流发电机效应会将磁场放大至近乎相同的比例，使得磁能与热能之比约为 0.01，误差在两倍以内。该不稳定性完全破坏了抛射物与扫过的星周介质之间的接触不连续面。反向激波是稳定的，但受到 Rayleigh-Taylor 不稳定性的影响，这增强了反向激波并将其推离前向激波。前向激波波前不受该不稳定性的影响，但在爆炸的双激波阶段，Rayleigh-Taylor 指状物能够穿透激波后方高能区域约 10% 的距离。我们计算了爆炸的余辉辐射，发现由于反向激波 Lorentz 因子降低以及激波波前密度和压力的改变，其辐射峰值出现在更晚的时刻。这些计算采用了一种包含运动计算网格的新颖数值技术。运动网格是必不可少的，因为它能高精度地维持接触不连续性，并能轻松演化具有极大 Lorentz 因子的流。