磁化气体中运动尘埃的普遍不稳定性
星系天体物理
2018-11-13 v2 宇宙学与河外天体物理
太阳与恒星天体物理
流体动力学
等离子体物理
摘要
Squire & Hopkins (2017) 表明，耦合的尘埃-气体混合物普遍受到“共振阻力不稳定性”（RDIs）的作用，会驱动二者中剧烈增长的涨落。但磁场和带电尘埃的作用尚未被研究。因此我们探索了服从理想MHD并与尘埃通过洛伦兹力和阻力耦合的气体中的RDI，其中外部加速度（如引力、辐射）驱动尘埃在气体中漂移。我们证明这总是不稳定的，在所有波长以及尘埃-气体比、漂移速度、尘埃电荷、“停止时间”或阻力系数（对任意阻力定律）、或场强的非零值下皆然；而且增长率对这些参数仅弱依赖（次线性）。尘埃电荷和磁场并不抑制不稳定性，却产生了大量具有不同行为的新不稳定性“族”。“MHD波”（磁声波或阿尔文波）RDI在模态的相速度与相应MHD波匹配的“共振”角度处呈现最大增长，且增长率随波数无限增大。“回旋”RDI由漂移与拉莫尔频率间的共振驱动，增长率在特定波长处急剧峰值化。其他不稳定性包括“声学”和“无压”模态（先前已研究），以及一类类似于宇宙线不稳定性的族，当洛伦兹力很强且尘埃沿磁力线超阿尔文速流动时出现。我们讨论了在温暖ISM、CGM/IGM、HII区、SNe抛射物/遗迹、日冕、冷星风、GMCs和AGN中的天体物理应用。
引用
@article{arxiv.1801.10166,
title = {Ubiquitous Instabilities of Dust Moving in Magnetized Gas},
author = {Philip F. Hopkins and Jonathan Squire},
journal= {arXiv preprint arXiv:1801.10166},
year = {2018}
}
备注
33 pages (7 figures). Readers interested in an overview of the instabilities and discussion of astrophysical implications can just read sections 2 and 9 (8 pages). Updated to match published MNRAS version