潮汐撕裂事件中碎屑流的动力学:精确解、临界流密度与氢复合

在潮汐撕裂事件(TDE)中被超大质量黑洞(SMBH)摧毁的恒星会转变为称为潮汐撕裂恒星碎屑流的细丝状结构。我们表明,当理想气体压强主导流的热力学时,存在流体力学方程的精确解,该解描述流的演化并考虑自引力、压强、气体的动力学膨胀以及流的横向结构。我们分析该解对柱对称扰动的稳定性,并证明存在一个临界流密度,低于该密度时流不稳定且不具备自引力;该临界密度至少比 TDE 中的流密度小 40-50 倍。高于该临界密度时,流是过稳定的,自引力约束流,振荡周期呈指数级长,且过稳定性的增长率随 $t^{1/6}$ 标度。过稳定性的幂律增长与微小幂律指数意味着流对柱对称扰动实际稳定。我们也用此解分析氢复合的效应,并认为尽管复合大幅增大气体熵,它可能不足以完全破坏自引力的影响。我们还表明复合产生的瞬变远比先前估计暗弱。