相对论性磁化喷流动力学与非热辐射的模拟 I. 动力学

我们对来自超大质量黑洞的相对论性喷流在数十 kpc 尺度上、针对一系列喷流参数进行了磁流体力学模拟。主要目的之一是研究不同 MHD 不稳定性对喷流动力学的影响及其对喷流参数选择的依赖。我们发现两种主导的 MHD 不稳定性影响喷流动力学:小尺度开尔文-亥姆霍兹(KH)模与大尺度扭结模,其演化依赖于喷流内部参数如洛伦兹因子、密度与压强相对于外部介质的比值以及磁化率,并因此依赖于喷流功率。低功率喷流易受两种不稳定性影响,较高中心磁场的喷流出现扭结模,较低磁化的喷流出现 KH 模。中等功率喷流未显现扭结模的显著增长,但较低磁化时出现 KH 模。较高功率喷流通常对两种不稳定性都稳定。此类不稳定性使喷流减速并去准直,同时在茧中诱发湍流,对磁场结构产生影响。我们基于本文给出的 Begelman-Cioffi 关系的广义处理对喷流动力学建模。我们发现稳定喷流的动力学与非自相似的 FRII 喷流膨胀的简化解析模型吻合良好,而具有显著 MHD 不稳定性的喷流由于能量更均匀地分布于喷流头与茧之间,呈现出近自相似的形态演化。