相对论磁性流体力学及其在伽玛射线暴喷流中的应用：I. 理论与半解析的跨亚尔文顿解

我们提出了特殊相对论磁性流体力学的一般性表述，并推导出严格的径向自相似解，用于描述强磁化、旋转致密天体的轴对称喷流。我们在包括热力学效应的前提下，对各种引导、加速和束缚流动的力进行了详细分析。我们表明，在准稳态的纵向磁场和高度相对论纵向速度的假设下，方程实际上是时不变量，运动可被描述为冻结脉冲。我们集中注意力于跨亚尔文顿解，并考虑在后续论文中讨论的全程超亚尔文顿喷流。我们的结果适用于伽玛射线暴（GRB）来源、活跃星系核和微类星体中的相对论喷流，但讨论时我们聚焦于GRB。我们设想该案例中的喷流最初由由热的、非透明的原始质子、电子-正电子对和光子构成的混合物组成。我们表明，流动首先通过热力学加速，但主要的加速来自磁力，渐近 Lorentz 因子对应于 Poynting 通量和动能通量之间大约的等分区（即约有 50% 的注入总能量转化为原始质子的动能）。电磁力也强烈地束缚流动，导致渐近的圆柱形结构。