相对论激波后方 MHD 湍流的三维模拟及其对 GRB 的启示
高能天体物理现象
2015-05-20 v2
摘要
伽马射线暴（GRB）和活动星系核等相对论天体物理现象通常需要长寿命的强磁场。在此，我们报告了三维狭义相对论磁流体力学（MHD）模拟的结果，旨在探索由所谓 Richtmyer-Meshkov 不稳定性（RMI；一种 Rayleigh-Taylor 型不稳定性）激发的宏观湍流发电机效应的放大与衰减。这种不稳定性是激波与环境密度涨落之间相互作用的必然结果。我们发现磁能在几个涡旋翻转时间内呈指数增长，随后随着动能湍流的衰减，以时间幂律指数 -0.7 衰减。磁能占比可以达到 0.1，但取决于初始磁场强度。我们发现，与紧随激波后方的磁能相比，磁能至少增长了两个数量级。这种放大的最小程度不依赖于初始密度涨落的幅度，而增长时间尺度和最大磁能则依赖于密度不均匀性的程度。从 Kolmogorov 级联到 MHD 临界平衡级联的转变发生在约 1/10 的初始不均匀性尺度处，这将最大同步辐射偏振度限制在 2% 以下。新结果包括 RMI 湍流避免了电子冷却、基于 RMI 的湍流光球模型，以及 RMI 导致的早期余辉的浅衰减。我们还对具有相对论速度色散的自由衰减湍流进行了模拟。我们发现，由于快速的激波耗散，相对论湍流在一个涡旋翻转时间内就开始更快地衰减，这不支持 Narayan 和 Kumar 提出的相对论湍流模型。
引用
@article{arxiv.1011.6350,
title = {Three-Dimensional Simulations of MHD Turbulence Behind Relativistic Shock Waves and Their Implications for GRBs},
author = {Tsuyoshi Inoue and Katsuaki Asano and Kunihito Ioka},
journal= {arXiv preprint arXiv:1011.6350},
year = {2015}
}
备注
14 pages, 12 figures. Submitted to ApJ