磁流体湍流中的激波与能量耗散

激波在湍动天体物理介质中通过压缩气体并将湍动能量耗散为热能发挥着重要作用。本文利用高分辨率模拟研究磁流体动力学湍流中的激波。考虑了湍动马赫数 $\mathcal{M}_\text{turb}=0.5-7$ 和初始磁场等离子体β $\beta_0=0.1 - 10$，针对星际介质和星系团介质中的湍流。具体而言，基于精细的量化方法，我们给出了快激波和慢激波的统计量，例如激波马赫数($M_\text{s}$)的分布以及激波处的能量耗散。虽然大多数激波以低 $M_\text{s}$ 形成，但强激波遵循 $M_\text{s}$ 的指数衰减分布。更大的 $\mathcal{M}_\text{turb}$ 和更大的 $\beta_0$ 会出现更多激波。若 $\beta_0\gg1$，快激波数量占优；但在 $\beta\lesssim1$(即强背景场)的情况下，慢激波数量可观。湍动能量在 $M_\text{s}\lesssim$ 几到十几的快激波处优先耗散，强激波处的耗散呈 $M_\text{s}$ 的指数衰减函数。归一化到能量注入的激波能量耗散 $\epsilon_\text{shock}/\epsilon_\text{inj}$ 估计在 $\sim0.1-0.5$ 范围内，除了 $\mathcal{M}_\text{turb}=0.5$ 且 $\beta_0=0.1$ 的情况激波耗散可忽略。该比例随 $\mathcal{M}_\text{turb}$ 增大而减小；对于 $\mathcal{M}_\text{turb}=0.5$ 接近 $\sim0.4-0.6$，而对于 $\mathcal{M}_\text{turb}=7$ 则为 $\sim0.1-0.25$。其余湍动能量预计通过湍流级联耗散。