核坍缩伽马射线暴喷流的相对论磁流体力学模拟：三维不稳定性与磁耗散

相对论性喷流自然出现在涉及吸积到致密天体的天体物理系统中，例如伽马射线暴（GRBs）中大质量恒星的核坍缩，以及活动星系核（AGN）中超大质量黑洞的吸积。人们普遍接受这些喷流由中心致密天体的磁化旋转以电磁方式驱动。然而，它们如何产生观测到的辐射，并在传播许多数量级的距离而不被电流驱动的非轴对称不稳定性破坏，是活跃争论的主题。我们进行了相对论性、坡印廷通量主导喷流的时间依赖三维相对论磁流体力学模拟。喷流由强磁化中心致密天体的旋转自洽地启动。这决定了方位角磁场缠绕的自然程度，这是控制喷流稳定性的关键因素。我们发现喷流易受两类不稳定性影响：（i）全局的外部扭曲模，在长时间尺度上增长并导致喷流整体侧向弯曲。尽管该模在模拟距离内未造成喷流断裂，但它大幅降低了喷流传播速度。我们通过解析模型表明，外部扭曲模的增长取决于环境介质密度分布的斜率。在星系核特征的平坦密度分布中，AGN 喷流可能停滞，而在恒星包层中外部扭曲随喷流向外传播而减弱；（ii）局部的內部扭曲模，在短时间尺度上增长并引起小角度磁重联以及将约一半的喷流电磁能量通量转化为热。基于内部扭曲模的鲁棒性和能量学，我们提出该不稳定性是负责为 GRB 瞬时辐射供能的主要耗散机制。