Linear analysis of the Kelvin–Helmholtz instability in relativistic magnetized symmetric flows
Linear analysis of the Kelvin–Helmholtz instability in relativistic magnetized symmetric flows
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相对论磁化对称流中开尔文亥姆霍兹不稳定性的线性分析
DOI：
10.1093/mnras/stad1833
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发表时间：
2023
影响因子：
4.8
通讯作者：
Narayan, Ramesh
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Chow, Anthony;Rowan, Michael E.;Sironi, Lorenzo;Davelaar, Jordy;Bodo, Gianluigi;Narayan, Ramesh
我们研究的线性稳定性的平面界面分离两种流体的相对运动，专注于对称配置，其中两种流体具有相同的属性（密度，温度，磁场强度和方向）。我们考虑最一般的情况下，任意声速cs，阿尔文speedvA，和磁场方向。对于与快模相关的不稳定性，我们发现不稳定剪切速度的下限由速度在流体标架波矢上的投影大于阿尔文速度在相同方向上的投影的要求来设定，即剪切应克服磁张力的影响。在两种流体以相等速度v沿相反方向运动的框架中，不稳定速度的上限对应于有效相对论马赫数$M_{\rm re}\equiv v/v_{\rm {f}\perp }\sqrt{（1-v_{\rm {f}\perp }^2）/（1-v^2）} \cos \theta =\sqrt{2}$，其中是假设磁场垂直于波矢时的快速度（这里，所有的速度都是以光速为单位），θ是实验室坐标系中流速与波矢在剪切界面上的投影之间的夹角。我们的结果对中子星和黑洞磁层中的剪切流有影响-无论是单个物体还是合并的双星-其中阿尔文速度可能接近光速。
We study the linear stability of a planar interface separating two fluids in relative motion, focusing on the symmetric configuration where the two fluids have the same properties (density, temperature, magnetic field strength, and direction). We consider the most general case with arbitrary sound speedcs, Alfvén speedvA, and magnetic field orientation. For the instability associated with the fast mode, we find that the lower bound of unstable shear velocities is set by the requirement that the projection of the velocity on to the fluid-frame wavevector is larger than the projection of the Alfvén speed on to the same direction, i.e. shear should overcome the effect of magnetic tension. In the frame where the two fluids move in opposite directions with equal speedv, the upper bound of unstable velocities corresponds to an effective relativistic Mach number $M_{\rm re}\equiv v/v_{\rm {f}\perp }\sqrt{(1-v_{\rm {f}\perp }^2)/(1-v^2)} \cos \theta =\sqrt{2}$, whereis the fast speed assuming a magnetic field perpendicular to the wavevector (here, all velocities are in units of the speed of light), and θ is the laboratory-frame angle between the flow velocity and the wavevector projection on to the shear interface. Our results have implications for shear flows in the magnetospheres of neutron stars and black holes – both for single objects and for merging binaries – where the Alfvén speed may approach the speed of light.
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--
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--
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