星际壳层与超壳层中的含时瑞利-泰勒不稳定性，包括eROSITA气泡
高能天体物理现象
2021-10-20 v1
摘要
瑞利-泰勒（RT）不稳定性在受有效重力加速度作用的逆密度分层流体物理中无处不在。在天体物理中，环境的陡峭分层会因强含时RT不稳定性更快地破碎气泡壳层，导致经典常重力模型失效。我们解析推导了常加速度、指数加速度和幂律加速度情形下的含时不稳定性判据，并通过高分辨率数值模拟予以验证。我们的结果表明：(1)即使在线性阶段也存在一项抑制指数增长；(2)非线性增长渐近逼近Fermi和von Neumann所得解；(3)互穿的尖刺与气泡促进显著混合，界面的分形维数逼近1.6，仅受数值扩散限制；(4)用于研究混合的被动标量概率密度函数（PDF）在幂律和指数加速度下变得愈发尖锐峰值化。将我们的解应用于恒星风气泡、年轻超新星遗迹（SNRs）和超气泡（SBs），我们发现RT不稳定性增长率一般在幂律分层介质中的风驱气泡壳层高于具有幂律上升恒星力学光度的壳层，Tycho类高于Cas A类SNRs，以及单侧高于对称SBs。近期观测到的eROSITA气泡显示平滑的边缘表面，意味着外壳未受RT不稳定性影响。因此气泡的动力学演化表明其最大最终年龄显著高于当前年龄，我们估计约为20 Myr。
引用
@article{arxiv.2110.04166,
title = {The time-dependent Rayleigh-Taylor instability in interstellar shells and supershells, including the eROSITA bubbles},
author = {Michael Mathias Schulreich and Dieter Breitschwerdt},
journal= {arXiv preprint arXiv:2110.04166},
year = {2021}
}
备注
22 pages, 18 figures, accepted for publication in MNRAS