Цилиндрические релятивистские и нерелятивистские течения в астрофизике

• Автор: Нохрина, Елена Евгеньевна
• Шифр специальности: 01.04.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 86 с. : ил.

Оглавление
Введение

1 Релятивистское течение

1.1 Основные уравнения

1.2 Постановка задачи

1.3 Решение одномерных уравнений

1.4 Ускорение плазмы

1.5 Регуляризация автомодельных решений вблизи оси и

одномерные решения с автомдельными интегралами

1.6 Возможность анализа эволюции течения вдоль струйного выброса в одномерном приближении

1.7 Пример течения в параболическом поле

1.8 Модель течения в параболическом магнитном поле с
непостоянной функией угловой скорости вращения
1.9 Быстрая магнитозвуковая поверхность и дозвуковое
течение. Случай произвольных интегралов движения
2 Нерелятивистское течение
2.1 Основные уравнения
2.2 Постановка задачи
2.3 Доальвеновское течение
2.4 Сверхальвеновское течение
2.5 Слабо замагниченное течение
2.6 Регуляризация автомодельного решения вблизи оси

2.7 Оценка кинетической энергии плазмы на быстрой магнитозвуковой поверхности
2.8 Невозможность многокомпонентного нерелятивистского течения
2.9 Влияние тепловых членов
2.10 Положение косой ударной волны у основания нерелятивистского струйного выброса
2.11 Модель струйного выброса из молодых звёзд
Заключение
Литература

Введение
Активность многих компактных объектов — активных галактических ядер, молодых звёзд, микроквазаров — связана с хорошо сколлимирован-ными струйными выбросами. Общепринято, что огромную роль в таких течениях играет магнитное поле, а сами течения моделируются в рамках магнитой гидродинамики (МГД) [14, 48, 16, 55, 36].
В окрестности активных молодых звёзд типа Т Танг! струйные выбросы наблюдаются на масштабах 10 — 100 а.е. и имеют максимальную скорость порядка нескольких сотен километров в секунду. При этом на поверхности звёзд измеряемая величина магнитного поля достигает нескольких килогаусс (см., например, [39]). Кроме того, наблюдения с высоким разрешением в [64, 2] показывают систематическую асимметрию в допплеровском сдвиге поперёк джета, объясняемую тороидальной скоростью вещества в выбросе порядка 10 — 30 км/с. Все эти факты подтверждают, что механизм запуска этих джетов является магнито-гидродинамическим. При этом коллимация джета происходит довольно быстро, и уже на расстоянии примерно 50 а.е. от центральной звезды угол раскрытия джета составляет всего несколько градусов [22].
Релятивистские джеты также характеризуются высокой степенью коллимации и, кроме того, очень большими значениями лоренц-фактора плазмы в них. Одним из вопросов в моделях релятивистских струйных выбросов является ускорение плазмы в них до таких высоких значений. Предполагается, что энергия, переносившаяся у основания джетов в основном электромагнитным полем, должна трансформироваться в кинетическую энергию частиц. Для описания МГД течений удобно пользоваться параметром замагниченности <т, введённым Майкелем [52]. Этот параметр имеет смысл отношения потока электромагнитной энергии к потоку энергии частиц вблизи поверхности центрального объекта. Несмотря на отсутствие наблюдений в непосредственной близости от нейтронной звезды, теоретические модели предсказывают в этой области существенное преобладание энергии магнитного поля над энергией частиц, то есть <т 1 [40], [12]. То же самое можно сказать и об активных галактических ядрах [12]. Кроме того, для блазаров существуют наблюдательные ограничения на величину Лоренц-фактора вблизи центрального объекта. В частнос-

по малому параметру для поиска поправки к функции магнитного потока обоснован.
Из уравнения (150) окончательно получаем уравнение на функцию /:
Л. dq є / d2f df 1 ,ö2/ df
q+ dx) + rf: dx* + äx~ xf + dY* + w) +
4тг2е
(153)
nlnCX
Для определения д вновь воспользуемся уравнением (171), в котором пренебрежем членами q3 и £д2. Это можно сделать, так как внутри быстрой магнитозвуковой поверхности
ц?Д2/3

. (154)
««пр- (155>
Здесь предполагается, что функции д и ( растут монотонно от 1/а и 0 соответственно у основания течения до (цт)/Е)2/3 и 1 /П|г2 на быстрой магпитозвуковой поверхности. Таким образом, мы получаем решение
7 (156)
В уравнении (153) в силу нашего предположения Y » X, полагая df /дХ ~ //X по порядку величины, можно пренебречь производными по У по сравнению с производными по X, а значит, пренебречь членом, связанным с кривизной магнитных линий, по сравнению с другими членами уравнения. Покажем, что в самом деле
(157)
ву ау5 яг ' '
Будем вычислять кривизну к = 1 /Rc силовой линии, задаваемой неявной функцией
Фо (Х(х,у)) + ef(X(x,y),Y(x,y)) = const. (158)