二维与三维中的湍流磁重联

嵌入在理想导电流体中的磁场会永久保持其拓扑结构。尽管电离的天体物理对象，如恒星和星系盘，几乎是理想导电的，但它们显示出在动力学时间尺度上拓扑结构变化的迹象，即“磁重联”。重联可以在太阳日冕中直接观测到，也可以从恒星内部存在的大尺度发电机活动中推断出来。太阳耀斑和伽马射线暴通常与磁重联有关。先前的工作集中在证明在碰撞率非常低的等离子体中重联可以很快。在这里，我们基于三维模拟提供了数值证据，证明湍流流体中的重联以与湍流均方根速度相当的速度发生，而与电阻率的值无关。特别地，当湍流压力远弱于磁场压力时，这一结论成立，因此磁力线仅被湍流轻微弯曲。这些结果与 Lazarian 和 Vishniac (1999) 的提议一致，即重联受磁力线随机扩散的控制，这会产生从重联区流出的宽等离子体流。这项工作意味着湍流流体中的重联通常在大约一个涡旋周转时间内发生，对整个宇宙中的发电机活动和粒子加速具有广泛影响。相比之下，在存在湍流的二维构型中，重联依赖于电阻率，即它是缓慢的。