中子星核心磁场演化的双流体模拟的验证与改进

本文探讨中子星核心中轴对称磁场的演化。核心物质被建模为由中子和带电粒子组成的双流体系统，两者具有略微不同的速度场，并由它们之间的相互碰撞摩擦控制。在我们之前的工作中，通过所谓的“虚拟摩擦”方法探讨了这一问题。我们研究了之前工作的有效性并加以改进，方法是将虚拟摩擦方法与替代方法进行比较，做出允许其应用于任意磁场强度的近似，并使用真实的物态方程。我们假设中子星壳层是完全电阻性的，因此其磁场对核心的变化产生瞬时响应，而在核心中我们忽略了 Cooper 配对的效应。我们探索了求解方程的不同方法，以获得由核心中给定固定磁场构型诱导的速度和化学势扰动。我们还展示了用于执行时间演化模拟的代码新版本，并讨论了其获得的结果。我们未使用虚拟摩擦的计算进一步证实，体速度通常远大于双极扩散速度，从而导致更快的演化。这些发现与使用虚拟摩擦的结果一致，验证了该方法。我们还发现，从长远来看，恒星向正压“Grad-Shafranov 平衡”演化，其中磁力完全由带电粒子流体力平衡。在定性上，演化和最终平衡与磁场强度 $B$ 和所考虑的物态方程无关。达到该平衡的时间尺度与 $B^{-2}$ 成正比，并且对于质子与中子密度比梯度较小的物态方程，该时间尺度更短。