Ученые выяснили, как слабое магнитное поле усиливает энерговыделение в релятивистской плазме
Международная группа астрофизиков провела серию трехмерных численных экспериментов, чтобы разобраться, как направляющее магнитное поле влияет на релятивистское пересоединение — процесс взрывного выделения энергии в плазме, характерный для окрестностей черных дыр и нейтронных звезд. Работа принята к публикации в рецензируемом журнале и доступна в архиве препринтов arXiv.
С помощью метода частиц-в-ячейке ученые смоделировали пересоединение в электрон-ионной плазме с реалистичным отношением масс. Они варьировали степень ионизации (магнетизацию) и силу направляющего поля, чтобы проследить, как меняется диссипация магнитной энергии.
При низкой магнетизации (параметр ?_i = 0,1) увеличение направляющего поля подавляло пересоединение: уменьшалось выделение энергии, ослаблялся рост мод разрыва и замедлялось ускорение частиц до сверхтепловых энергий.
Однако при высокой магнетизации (?_i = 1 и 5) картина качественно изменилась. В отсутствие направляющего поля сильная дрейфово-кинковая неустойчивость размывала токовый слой, что мешало эффективному пересоединению. Слабое же направляющее поле подавляло эту неустойчивость, позволяя слою оставаться ламинарным и усиливая энерговыделение.
Когда направляющее поле становилось слишком сильным, пересоединение снова замедлялось: задерживался его запуск, ослабевали моды разрыва, слой сжимался меньше, и система сохраняла большую часть начальной магнитной энергии.
Таким образом, наиболее мощные вспышки происходят не при нулевом направляющем поле, а при умеренном, когда оно подавляет дрейфово-кинковую нестабильность, но не мешает разрыву. Результаты помогут лучше понять механизмы генерации высокоэнергичных частиц в астрофизических объектах, таких как активные ядра галактик и гамма-всплески.
