Magnetohydrodynamics in full general relativity: Formulation and tests
提出了一种新的磁流体动力学（MHD）模拟方法，该方法在全广义相对论（包括动力学时空）中进行。在我们的实现中，爱因斯坦的演化方程的BSSN形式主义，MHD方程的高分辨率中心计划，和感应方程的约束输运方法。我们对相对论磁流体力学的标准测试问题进行了数值模拟，包括狭义相对论磁化激波、静止时空中广义相对论磁化Bondi流以及完全广义相对论下中子星和磁化圆盘组成的自引力系统的长期演化.在最后的测试中，我们说明，我们的实现可以遵循绕组的磁场线的磁化和差分旋转吸积盘周围的紧凑的对象，直到饱和，之后，磁驱动的风和角动量运输内的磁盘打开。
2005-07-16 astro-ph gr-qc
Relativistic Magnetohydrodynamics In Dynamical Spacetimes: Numerical Methods And Tests
理论天体物理学前沿的许多问题需要在动态的、强烈弯曲的时空中处理磁化流体。这些问题包括伽马射线暴的起源、星核坍缩或中子星合并引起的新生中子星差旋的磁制动、新生黑洞周围喷流和磁化盘的形成等。为了模拟这些现象，所有这些都涉及广义相对论（GR）和磁流体力学（MHD），我们已经开发了一个GRMHD代码，能够在动态时空中演化MHD流体。我们的代码解决了轴对称和全3+1维的Einstein-Maxwell-MHD系统的耦合方程。我们通过积分BSSN方程来演化度规，并使用保守的激波捕获方案来演化MHD方程。我们的代码给出了准确的结果，在标准的MHD代码测试问题，包括磁化冲击和磁化邦迪流。为了测试我们的代码的能力，发展的MHD方程的动态时空中，我们研究的扰动的均匀，磁化流体激发的引力平面波，我们发现很好的协议之间的解析解和数值解。
2005-07-08 astro-ph gr-qc
GRMHD/RMHD Simulations and Stability of Magnetized Spine-Sheath Relativistic Jets
一个新的广义相对论磁流体动力学（GRMHD）程序“RAISHIN”用于模拟具有几何薄Keplarian吸积盘的旋转和非旋转黑洞的喷流产生，发现喷流在旋转黑洞的情况下发展出脊鞘结构。脊鞘结构和强磁场显著地改变了Kelvin-Helmholtz（KH）速度剪切驱动的不稳定性。RAISHIN程序在其相对论磁流体动力学（RMHD）组态中被用来研究强磁场和弱相对论鞘层运动（c/2）对相对论洛伦兹因子等于2.5的喷流脊鞘层相互作用的KH不稳定性的影响。在模拟中，声速高达c/1.7和阿尔芬波速度高达0.56 c被认为是。数值模拟结果进行了比较，从一个新的正常模式分析的RMHD方程的理论预测。发现c/2鞘层速度引起的弱磁化系统的稳定性增加和c/2鞘层速度引起的强磁化系统的稳定。
2007-06-13 astro-ph
On the linear theory of Kelvin-Helmholtz instabilities of relativistic magnetohydrodynamic planar flows
本文研究了分离两个作相对运动的相对论磁化流的平面界面的线性稳定性。这两种流动是由（特殊）相对论方程的磁化理想气体在无限电导率近似。采用涡面近似，将相对论磁流体力学方程在平衡态附近线性化，导出了相应的色散关系，并对色散关系进行了讨论。的配置和制度的不稳定性的行为进行了研究以下四个物理参数的影响，即：流速，相对论和Alfvénic马赫数和倾斜的波矢量的界面上的平面。从色散关系的数值解，我们发现在一般情况下，两个独立的区域的不稳定性，分别与慢，快磁声模式。平行于流速的模式是不稳定的，只有足够低的磁化。对于后一种情况，另外，在相对运动的两个流之间的足够大的相对论速度下获得稳定。这些结果的相关性的天体物理喷流的稳定性的研究进行了简要的评论。
2008-08-14 astro-ph
Gradient Particle Magnetohydrodynamics
我们介绍梯度粒子磁流体力学（GPM），一个新的拉格朗日方法磁流体力学的基础上校正的梯度局部无序粒子分布。本文概述了用GPM算法编制MHD数值模拟程序的情况。验证试验模拟线性和非线性声波，线性MHD波，平流的磁场在磁化涡流，流体动力冲击，和三维崩溃，证明的可行性MHD代码使用GPM。GPM代码的特点进行了讨论，并提出了进一步发展和完善的可能途径。我们的结论是如何GPM可以补充目前正在开发的下一代计算天体物理学的其他方法。
2001-07-24 astro-ph
Unipolar Induction of a Magnetized Accretion Disk around a Black Hole
确定了旋转吸积盘在黑洞周围产生的电磁场的结构和大小。圆盘物质被假定为具有冻结极向磁场的磁化等离子体。在圆盘外采用真空近似。
2003-01-27 astro-ph
Grain Dynamics In Magnetized Interstellar Gas
星际介质是湍流的，这导致尘埃颗粒的相对运动。本文计算了部分电离磁化气体中带电粒子的相对速度。我们考虑了磁流体动力学（MHD）湍流的各向异性，颗粒与磁场的耦合，以及双极阻力引起的湍流截止。我们得到的颗粒速度与HI和暗云中的参数一致的湍流。这些速度小于在早期的文件，其中MHD效应被忽略。最后，我们比较晶粒速度所产生的光电发射，辐射压力和推力分子氢形成。我们的结论是，湍流应防止不同尺寸的晶粒偏析。
2002-01-16 astro-ph
WhiskyMHD: a new numerical code for general relativistic magnetohydrodynamics
要准确模拟涉及致密物体和磁场的天体物理情景，如旋转磁化恒星坍缩成黑洞或伽马射线暴现象，就需要解爱因斯坦方程和广义相对论磁流体力学方程。我们提出了一个新的数值代码，解决了一个动态的和任意的时空与高分辨率的冲击捕获技术域自适应网格细化的广义相对论磁流体力学方程组。在讨论了所解决的方程和所采用的技术之后，我们提出了一系列的测试平台来验证代码并评估其准确性。这些测试的范围从平坦时空中的相对论黎曼问题的解决方案，到史瓦西黑洞的静态吸积，再到处于平衡状态的振荡磁化恒星的演化，并构造为耦合的爱因斯坦-麦克斯韦方程组的一致解。
2007-06-05 astro-ph gr-qc
HARM: A Numerical Scheme for General Relativistic Magnetohydrodynamics
我们描述了一个保守的，冲击捕获计划发展的广义相对论磁流体力学方程。使用Harten、Lax和van Leer方案计算通量。Tóth早先提出的一种约束输运的变体被用来维持无发散的磁场。只有在坐标基上的度量的协变形式才能指定几何。我们描述了一套完整的测试问题，在特殊和广义相对论的代码性能。在光滑流上，我们证明了它在二阶收敛。最后，我们展示了旋转黑洞附近磁化环面演化的一些结果。
2003-01-25 astro-ph
Magnetized Tori around Kerr Black Holes: Analytic Solutions with a Toroidal Magnetic Field
银河系和河外黑洞周围吸积盘的动力学可能受到它们的磁场的影响。本文推广了Abramowicz等人在Kerr度规中关于静止轴对称环面的完全相对论理论。（1978）通过引入强环向磁场，构造了具有常角动量的正压环面的解析解。这一发展是特别重要的广义相对论计算磁流体力学，遭受缺乏精确的分析解决方案，需要测试计算机代码。
2006-03-01 astro-ph
Dynamo effects in magnetized ideal-plasma cosmologies
利用理想磁流体动力学（MHD）方程，研究了在均匀磁场存在下各向异性宇宙模型中宇宙学扰动的激发。在这种情况下，控制磁化宇宙学扰动演化的偏微分方程组可以解析求解。我们的结果验证了快磁声模式传播的磁场，激发。但是，最重要的是，在后期，磁感应对比度增长，导致环境磁场的增强。由于重力不稳定性，在等离子体流体内形成的冷凝特别有利于该过程。
2007-12-27 astro-ph
Three-Dimensional Simulations of Magnetized Thin Accretion Disks around Black Holes: Stress in the Plunging Region
我们描述了三维广义相对论磁流体动力学模拟的几何薄吸积盘周围的非旋转黑洞。盘在径向范围$(2-20)GM/c^2$上具有厚度$h/r\sim0.05-0.1$。在稳定状态下，流入的磁化气体的比角动量分布偏离Novikov和Thorne（1973）的标准薄盘模型不到2%。此外，在最内层稳定圆轨道（ISCO）半径处的磁矩仅为该半径处角动量向内通量的$\sim2%$。这两个结果表明，磁耦合整个ISCO是相对不重要的几何薄磁盘。
2008-09-12 astro-ph
Stability Properties of Strongly Magnetized Spine Sheath Relativistic Jets
推导了描述均匀轴向磁化相对论运动鞘层中均匀轴向磁化圆柱形相对论性喷流脊的线性化相对论磁流体动力学方程。在方程中保留了位移电流，这样就可以研究阿尔芬波在光速附近传播的影响。得到了简正模的色散关系。在低和高的频率限制的正常模式的解析解，并确定了一般的稳定性条件。一个trans-Alfvenic甚至超Alfvenic的相对论性喷流脊可以是稳定的速度剪切驱动的Kelvin-Helmholtz模式。在动力学和磁主导的制度下，获得了简正模最大增长的共振条件。色散关系的数值解验证了解析解，并用于研究高声速和阿尔芬速度的制度。
2007-04-12 astro-ph
Equation of State in Relativistic Magnetohydrodynamics: variable versus constant adiabatic index
状态方程的作用，一个完美的传导，相对论磁化流体是这项工作的主要课题。理想的常数$Γ$定律状态方程，通常采用在广泛的天体物理应用，比较与更现实的状态方程，更好地近似的单物种相对论气体。本文围绕三个不同的主题展开。首先，一个更现实的状态方程的快速磁声冲击的传播的影响进行了研究。这就质疑了恒定的$Γ$定律状态方程在气体温度在磁流体波中发生实质性变化的问题中的有效性。其次，我们提出了一个新的反演方案，以恢复原始变量（如静止质量密度和压力）从保守的，允许一个通用的状态方程，并避免灾难性的数值取消在非相对论和超相对论的限制。最后，选定的数值试验的天体物理学的相关性（包括磁化吸积流克尔黑洞周围）进行了比较，使用不同的状态方程。我们的主要结论是，一个现实的状态方程的选择可以大大承担的解决方案时，从冷到热气体（反之亦然）的过渡。在这种情况下，多方状态方程会严重危及解。
2007-04-13 astro-ph
3D simulations of shear instabilities in magnetized flows
我们提出的三维（3D）模拟结果的磁流体动力学Kelvin-Helmholtz不稳定性在分层剪切层。磁场被认为是均匀的，平行于剪切流。我们描述的流体流动和磁场的初始条件范围内的演变。特别地，我们研究了流体的混合速率如何依赖于Richardson数和磁场强度。发现磁场可以增强以及抑制混合。此外，我们进行了二维（2D）模拟，并讨论了一些有趣的差异之间的2D和3D的结果。
2000-09-01 astro-ph
Numerical 3+1 general relativistic magnetohydrodynamics: a local characteristic approach
本文提出了一种在3+1形式框架内数值求解广义相对论磁流体动力学（GRMHD）方程的一般方法。本文的工作扩展了我们以前在广义相对论流体力学中的研究（Banyuls等，1997），其中没有考虑磁场。GRMHD方程被写在保守的形式，利用其双曲字符的解决方案的过程。所有必要的理论成分，建立高分辨率的冲击捕获计划的基础上解决当地的黎曼问题（即戈杜诺夫型计划）的描述。特别是，我们使用一组重整化的正规本征向量的通量雅可比矩阵的相对论磁流体力学方程。此外，本文介绍了一个程序的基础上的等效原理的广义相对论，允许使用黎曼求解器设计的特殊相对论磁流体动力学GRMHD。我们的配方和数值方法进行评估，最近考虑由不同的作者进行各种测试模拟。这些包括磁化激波管、Schwarzschild黑洞的球形吸积、Kerr黑洞的赤道吸积以及易于产生磁旋转不稳定性的黑洞周围的磁化厚吸积盘。
2005-06-02 astro-ph gr-qc
Magnetized Accretion Inside the Marginally Stable Orbit around a Black Hole
定性参数表明，磁场的能量密度的物质吸积到一个黑洞内的边缘稳定轨道的吸积流的静止质量能量密度自动可比。以下是几个后果：磁效应在动力学上必须是显著的，但不能强到占主导地位;阿尔芬波中向外的能量传输可能改变能量释放的有效效率;该区域的垂直磁应力可能有助于“日冕”活动。
1999-02-18 astro-ph
MHD Simulations of Disk-Magnetized Star Interactions in Quiescent Regime: Funnel Flows and Angular Momentum Transport
利用磁流体动力学（MHD）模拟研究了具有排列偶极矩的旋转磁化星的吸积盘。静止的初始条件，以避免早期研究中看到的快速初始演变。对不同的恒星磁矩和自转速率进行了一组模拟。模拟结果表明，磁盘结构显着改变indea半径r_{br}磁制动是显着的。在这个区域，圆盘是强不均匀的。物质的径向吸积随着接近强磁场区域而减慢，并且在磁层半径r_m处形成致密的环和漏斗流，在那里磁压等于物质的总的动压加热压。
2002-09-20 astro-ph
Relativistic Magnetohydrodynamics with Application to Gamma-Ray Burst Outflows: II. Semianalytic Super-Alfvenic Solutions
我们提出了精确的径向自相似解决方案的特殊相对论磁流体力学代表“热”超Alfvenic流出强烈磁化，旋转紧凑的对象。我们认为，这样的外流可以出现在伽马射线暴（GRB）源，并证明，就像在配套文件中考虑的trans-Alfvenic流的情况下，他们可以达到洛伦兹因子，对应于坡印亭和动能通量之间的粗略均分，并成为圆柱形准直与GRB观测兼容的尺度。在trans-Alfvenic的情况下，初始加速度是热的，但是，在文件I中提出的解决方案相比，部分的焓通量转化为坡印亭通量在此阶段。随后，磁主导的加速度可以显着不如在trans-Alfvenic流快。
2003-03-21 astro-ph
MHD jets around galactic objects
我们提出了一个自相似的，稳态模型描述磁化吸积盘和磁流体动力学喷流。我们专注于在这样的结构中的热日冕的作用。这种电晕使圆盘能够发射各种类型的射流。通过考虑能量守恒，我们还提出了一个诊断的光度磁化盘，它可以解释一些观测到的银河系天体的签名。
2000-11-14 astro-ph
Magnetohydrodynamic Instabilities in Shearing, Rotating, Stratified Winds and Disks
我们调查径向分层，磁化，圆柱形流的剪切和浮力不稳定性，磁离心驱动的风和磁化吸积盘的应用。我们确定并研究了9种主要类型的不稳定/过稳定。当磁场主要是环形的，如在原恒星风，系统表现出轴对称的基本（FM）和环形共振模式，轴对称和非轴对称的环形浮力（TB）模式，和非轴对称的磁旋转不稳定性（MRI）模式。具有足够陡的场梯度的风对FM是不稳定的，这促进了在更宽的风的中心的窄的密集射流。TB模式促进小尺度径向混合。在低温风力条件下，MRI的增长率非常低。浮力模式的稳定剪切，和磁共振成像的压缩性，可能是重要的，让原恒星风在太空中传播了很长的距离。当磁场主要是极向的，如在风靠近其源或在天体物理磁盘，系统表现出轴对称的Balbus-Hawley（BH），极向浮力（PB），非轴对称几何浮力（GPB），极向共振模式。BH模式增长速度最快。PB模式在小尺度上促进径向混合。GPB模式在高m时很容易被剪切稳定。我们扩展了以前的MRI分析，专注于压缩性。我们引入了一个“相干小波”技术，推导出封闭形式的表达式瞬时不稳定的标准，增长率，和净放大因子的非轴对称磁共振成像在可压缩流与极向和环向场。我们证实，这些都是在很好的协议与剪切片时间积分的结果。
2000-04-06 astro-ph
Spin solitons in magnetized pair plasmas
考虑到磁等离子体中电子和正电子的自旋性质，导出了一组流体方程。研究了双等离子体的磁流体动力学极限。结果表明，在强磁化等离子体中，电子和正电子的微观自旋性质可以导致有趣的宏观和集体效应。特别是，它被发现，新的Alfvenic孤波结构，由修改后的Korteweg-de Vries方程，允许在这样的等离子体。如果忽略量子自旋效应，这些孤立子结构消失。我们的结果应该是相关的天体物理等离子体，例如在脉冲星磁层。
2007-11-09 astro-ph physics.plasm-ph
Gravitational wave interactions with magnetized plasmas
通过均匀磁化等离子体传播的引力波（GWs）与磁场直接相互作用，激发出同时具有电磁和物质成分的磁流体动力学（MHD）波。我们研究这个过程中的任意几何形状的MHD近似，并发现，所有三个基本的MHD模式-慢，快磁声，和Alfven-被激发取决于两个GW的极化和周围的磁场的方向。后两种模式可以与GW相干地相互作用，导致GW的阻尼和等离子体波的线性增长。
2004-11-26 astro-ph gr-qc
A new general relativistic magnetohydrodynamics code for dynamical spacetimes
我们提出了一个新的数值代码，它解决了广义相对论磁流体力学（GRMHD）方程耦合到爱因斯坦方程的动态时空的共形平坦近似内的演变。该程序的主要目的是研究同时存在强磁场和强引力场的天体物理现象，如恒星核的磁旋转坍缩、伽玛暴的Eksar模型和中子星的演化。该代码是基于现有的和彻底测试纯流体动力学代码和其扩展，以适应弱磁化流体（被动磁场近似）。我们在这里提出的数值代码是基于高分辨率的冲击捕获计划，以解决GRMHD方程与通量约束传输方法，以确保螺线管条件的磁场。由于设想的天体物理学应用不会偏离球对称太多，共形平坦性条件近似用于爱因斯坦方程的制定。此外，该代码可以处理几个状态方程，从简单的解析表达式到微观物理列表。在本文中，我们提出了严格的测试，我们的新GRMHD数值代码，这表明它有能力处理出现在天体物理的情况下，该代码的目的，即相对论冲击，高度磁化的流体，磁化中子星的平衡配置的所有方面。作为一个应用，磁旋转核心崩溃模拟的一个现实的祖，比较结果与我们以前的发现在被动磁场近似。
2008-10-27 astro-ph gr-qc
Indirect Visibility of Gravitational Waves in Magnetohydrodynamic Plasmas
我们提出了一种机制，使引力波（GW）可见的电磁域。通过强磁化等离子体传播的引力波通过其各向异性应力-能量张量与等离子体相互作用并激发磁流体动力学（MHD）波模式。在双中子星双星合并这样的灾难性事件中，系统总结合能的很大一部分以LIGO可观测到的GW形式释放，并且转移到MHD波的能量是相当大的。然而，这些模式以与GW相同的频率被激发，并且不能直接观察到。在本文中，我们调查的辐射过程中，存在的引力激发的MHD波和辐射的无线电制度访问LOFAR。我们提出了一个合并的LOFAR检测的光谱通量的数量级估计。
2005-03-17 astro-ph gr-qc
