天体物理磁流体力学模拟中的能量分布和次结构形成
摘要：磁化的天体物质在子结构形成过程中，由磁再连接促进的磁能耗散会通过加热和加速射出的等离子体影响系统动力学。数值模拟是研究这种系统的关键工具。在天体物理模拟中，能量耗散、再连接速率和子结构形成严重依赖于数值或物理起源的再连接开始。在本文中，我们希望通过量化和讨论维度、分辨率和代码准确性对磁能耗散、再连接速率和子结构形成的影响，评估PLUTO和KORAL最先进的数值代码的可靠性。我们定量比较使用相对论和非相对论、电阻性和非电阻性以及二维和三维设置进行奥尔扎格-唐测试问题的结果。我们发现在每个模型中，存在足够的分辨率，数值误差可以忽略不计，并且分辨率对磁能耗散和再连接速率没有显著影响。非相对论模拟表明，在足够的分辨率下，磁能和动能转化为内能并使等离子体加热。结果表明，在相对论系统中，能量分量在模拟时间过程中相互转化，导致磁能在总模拟时间的20\%和90\%处显著增加，由于相对论激波的作用，磁场放大了五倍。我们还表明，所有模拟中的再连接速率都高于0.1，表明存在等离子体流结构介导的过程。研究结果表明，相对于PLUTO模拟，KORAL模拟中的磁能稍微大一些，并且捕捉到更多的子结构。
作者：Fatemeh Kayanikhoo, Miljenko Cemeljic, Maciek Wielgus, Wlodek Kluzniak
论文ID：2308.16062
分类：High Energy Astrophysical Phenomena
分类简称：astro-ph.HE
提交时间：2023-08-31