吸積盤中的反常磁黏滯及其應(yīng)用.pdf

1、早在上世紀(jì)二十年代，吸積盤理論就被用于研究太陽星云的形成及演化，1969年，Lynden-Bell開創(chuàng)性地利用該理論解釋了類星體的能源機制，使得吸積盤理論的應(yīng)用得到突破性進(jìn)展。時至今日，吸積盤理論依然是等離子體天體物理研究的熱點課題之一。從物理學(xué)角度來講，吸積盤的形成存在兩個重要的物理過程:物質(zhì)向內(nèi)吸積以及角動量向外轉(zhuǎn)移。盤的結(jié)構(gòu)與演化依賴于角動量的轉(zhuǎn)移，而盤中黏滯的大小及其性質(zhì)正是決定角動量轉(zhuǎn)移的重要因素。換言之，吸積盤的結(jié)構(gòu)及其演化

2、取決于盤中的黏滯。然而，純粹的分子黏滯不可能實現(xiàn)吸積盤中角動量轉(zhuǎn)移過程，吸積盤非?？赡芴幱谕膭訝顟B(tài)。上世紀(jì)七十年代，Shakura與Sunyaev引入湍動黏滯的概念，并建立標(biāo)準(zhǔn)薄盤模型，亦稱SSD模型，使得吸積盤理論由過去的定性及半定量描述上升到定量描述的理論高度。然而SSD模型是一個參量化的唯象模型，它掩蓋了湍動黏滯的本質(zhì)，人們無法從中得到更多有關(guān)湍動的信息。因此，天體物理學(xué)家必須尋找一種能夠揭示湍動黏滯物理本質(zhì)的新模型。2002年，

3、李曉卿和張航從動力論出發(fā)，考慮到波-波、波-粒相互作用，理論計算得到非相對論性等離子體中橫等離激元產(chǎn)生的低頻自生磁場方程。調(diào)制不穩(wěn)定性分析表明這種磁場具有大的不穩(wěn)定性增率，能夠坍塌到局域小尺度范圍內(nèi)，形成空間高度間歇的強磁流，呈現(xiàn)湍動狀態(tài)。這些強磁流元之間以及磁流元與周圍介質(zhì)之間的相互作用是吸積盤中反常黏滯產(chǎn)生的本質(zhì)。
　　 本研究首先利用這種新的反常磁黏滯機制，分別研究了年輕恒星周圍磁化薄吸積盤以及原恒星盤的結(jié)構(gòu)與不穩(wěn)定性。結(jié)

4、果表明，利用反常黏滯模型能夠得到與觀測相吻合的溫度分布及更接近真實的盤結(jié)構(gòu)，這使得穩(wěn)定性分析更有意義。本研究內(nèi)容之二是基于李曉卿等人得到的相對論性等離子體中自生磁場非線性控制方程，找到自生磁場的自類似坍塌解;從間歇磁流間相互作用的麥克斯韋應(yīng)力張量出發(fā)，把反常黏滯理論推廣至相對論框架，理論推導(dǎo)得到相對論性吸積盤中的反常磁黏滯運動學(xué)系數(shù)。結(jié)果表明，相對論性吸積盤中的反常黏滯系數(shù)對電子有效溫度的依賴關(guān)系與非相對論中的情況截然不同。其三，對李曉

5、卿等人引力橫等離激元相互作用產(chǎn)生自生甚低頻磁型引力場耦合方程進(jìn)行調(diào)制不穩(wěn)定性分析。分析表明，自生引力磁場是調(diào)制不穩(wěn)定的，并通過數(shù)值擬合計算出調(diào)制不穩(wěn)定性最大增長率及對應(yīng)的最大波數(shù)，找到引力磁場坍塌的自類似解;理論計算得到自引力吸積盤中的反常磁黏滯運動學(xué)系數(shù);與分子黏滯比較發(fā)現(xiàn)，反常磁黏滯強于分子黏滯約八個量級，足以提供自引力盤中物質(zhì)吸積及角動量轉(zhuǎn)移所需的吸積率，這與文獻(xiàn)中給出的結(jié)果相吻合。吸積盤中反常磁黏滯模型明確揭示了湍動黏滯產(chǎn)生的物