[论文解读] Magnetized accretion-ejection structures IV. Magnetically-driven jets from resistive, viscous, Keplerian discs

Fabien Casse, Jonathan Ferreira|arXiv (Cornell University)|Nov 25, 1999

Mechanics and Biomechanics Studies被引用 10

一句话总结

本文提出了磁化吸积盘的稳态自相似模型，通过结合喷流产生的磁扭矩与盘面耗散引起的湍流粘性扭矩，驱动冷、绝热喷流。关键发现是：只有在弱耗散、薄盘且湍流耗散具有各向异性的条件下，才能从磁化吸积盘中喷出高阿尔文马赫数的冷喷流；由于阿尔文面位置受几何约束，粘性扭矩无法占主导地位。

ABSTRACT

We present steady-state calculations of self-similar magnetized accretion discs driving cold, adiabatic, non-relativistic jets. For the first time, both the magnetic torque due to the jets and a turbulent "viscous" torque are taken into account. This latter torque allows a dissipation of the accretion power as radiation at the disc surfaces, while the former predominantly provides jets with power. The parameter space of these structures has been explored. It is characterized by four free parameters, namely the disc aspect ratio and three MHD turbulence parameters, related to the anomalous magnetic diffusivities and viscosity. It turns out that launching cold jets from thin, dissipative discs implies anisotropic turbulent dissipation. Jets that asymptotically reach a high Alfvenic Mach number are only produced by weakly dissipative discs. We obtained general analytical relations between disc and jet quantities that must be fulfilled by any steady-state model of cold jets, launched from a large radial extension of thin discs. We also show that such discs cannot have a dominant viscous torque. This is because of the chosen geometry, imposing the locus of the Alfven surface. Some observational consequences of these cold magnetized accretion-ejection structures are also briefly discussed.

研究动机与目标

• 建立稳态、自相似的磁化吸积盘模型，以驱动冷、绝热、非相对论性喷流。
• 在单一框架中同时纳入磁扭矩（由喷流喷射驱动）与湍流粘性扭矩（由盘面耗散引起）。
• 探索此类系统的参数空间，重点关注盘面的高宽比与磁流体动力学湍流参数。
• 确定在何种条件下，可从薄、耗散性盘中喷出高阿尔文马赫数的冷喷流。
• 推导任意稳态冷喷流模型中盘面与喷流物理量之间的通用解析关系。

提出的方法

• 本研究采用自相似解求解稳态、轴对称吸积盘模型中的磁流体动力学（MHD）方程。
• 在动量与能量方程中同时包含磁扭矩（由喷流驱动）与湍流粘性扭矩（由异常扩散率与粘性引起）。
• 将盘面建模为薄、开普勒、电阻性盘，且指定磁扩散率与粘性系数的径向依赖关系。
• 通过几何约束固定阿尔文面位置，即磁场主导气体压力的区域。
• 利用自相似假设与守恒定律，推导盘面与喷流物理量之间的解析关系。
• 通过四个自由参数探索参数空间：盘面高宽比与三个磁流体动力学湍流参数（与扩散率和粘性相关）。

实验结果

研究问题

• RQ1 在何种条件下，可从薄、电阻性、粘性开普勒盘中喷出冷、绝热喷流？
• RQ2 磁扭矩与粘性扭矩的相对贡献如何影响喷流功率与盘面结构？
• RQ3 各向异性湍流耗散在实现高阿尔文马赫数喷流中起到何种作用？
• RQ4 尽管粘性扭矩具有耗散作用，为何在此几何构型中其无法占主导地位？
• RQ5 在任意稳态冷喷流模型中，盘面与喷流物理量之间必须满足何种通用解析关系？

主要发现

• 高阿尔文马赫数的冷喷流仅能由弱耗散盘产生，表明喷流启动区域的能量耗散存在严格限制。
• 各向异性湍流耗散——即扩散率与粘性不相等——是薄、耗散性盘中喷出冷喷流的必要条件。
• 由于几何约束固定了阿尔文面位置，粘性扭矩无法在吸积过程中占主导，喷流启动区更有利于磁扭矩发挥作用。
• 该模型建立了任意稳态冷喷流模型中盘面与喷流物理量之间必须满足的通用解析关系。
• 同时包含粘性与磁扭矩可一致描述盘面表面的吸积功率耗散，以及通过磁场实现的喷流功率提取。