双中子星并合中的湍流磁场放大
广义相对论与量子宇宙学
2022-07-27 v2 高能天体物理现象
摘要
磁场预计在双中子星并合的动力学和抛射机制中发挥关键作用。广义相对论磁流体动力学(MHD)模拟为揭示正在进行的物理过程的细节提供了独特机会。然而,当前的数值研究受到严重限制:任何可承受的分辨率仍不足以完全捕捉小尺度发电机,该发电机最初由开尔文-亥姆霍兹不稳定性触发,后来由若干涉及差旋转的MHD过程驱动。在此,我们通过使用显式大涡模拟缓解了此限制,该技术中将亚网格尺度(SGS)上未分辨的动力学用额外项建模,这些项是已分辨场及其导数的函数。高阶数值格式、高分辨率和梯度SGS模型的结合使我们能够捕捉双中子星并合期间产生的小尺度发电机。我们在此跟踪并合后前50毫秒,并首次在磁场放大上发现数值收敛,表现为积分能量和空间尺度上的谱分布。我们还发现并合后 remnant 中磁场平均强度在约 ~ms 时饱和于 ~G。在 ~ms 之后,环向和极向磁场分量持续增长,由缠绕机制提供缓慢的逆级联所馈入。我们未发现磁旋转不稳定性的明确迹象,且在我们的模拟中磁场对 remnant 角动量重分布无显著影响,这可能是由于各阶段磁场拓扑极具湍流性和动力学性,小尺度分量大幅主导大尺度分量。
引用
@article{arxiv.2112.08413,
title = {Turbulent magnetic field amplification in binary neutron star mergers},
author = {C. Palenzuela and R. Aguilera-Miret and F. Carrasco and R. Ciolfi and J. V. Kalinani and W. Kastaun and B. Miñano and D. Viganò},
journal= {arXiv preprint arXiv:2112.08413},
year = {2022}
}
备注
22 pages, 17 figures, version matching the published article