1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Астрономический вестник
  4. T. 57, № 6, 2023

Астрономический вестник, 2023, T. 57, № 6, стр. 595-604

Джинсовская гравитационная неустойчивость вращающейся намагниченной плазмы без столкновений с анизотропным давлением

А. В. Колесниченко *

Институт прикладной математики им. М.В. Келдыша РАН
Москва, Россия

* E-mail: kolesn@keldysh.ru

Поступила в редакцию 09.04.2023
После доработки 04.05.2023
Принята к публикации 14.05.2023

Аннотация

Проблема самогравитационной неустойчивости астрофизической вращающейся плазмы в сильном магнитном поле с анизотропным тензором давления исследована на основе квазигидродинамических уравнений Чу–Голдбергера–Лоу (ЧГЛ), модифицированных за счет обобщенных законов политропы. С использованием общей формы дисперсионного соотношения, полученного методом возмущений нормальных мод, обсуждается распространение волн возмущения малой амплитуды в бесконечной однородной плазменной среде для поперечного, продольного и наклонного направлений по отношению к вектору магнитного поля. Показано, что различные политропные индексы и анизотропное давление не только изменяют классическое условие неустойчивости Джинса, но и вызывают появление новых неустойчивых областей. Получены модифицированные критерии неустойчивости Джинса для изотропных МГД-уравнений и анизотропных уравнений ЧГЛ за счет влияния политропных индексов на гравитационную и “шланговую” неустойчивости для астрофизической плазмы. Показано, что в случае продольной моды распространения волны возмущения критерий неустойчивости Джинса не зависит от равномерного вращения. При поперечном режиме распространения – наличие вращения уменьшает критическое число волны и оказывает стабилизирующее влияние на скорость роста неустойчивого режима.

Ключевые слова: плазменные неустойчивости, гравитационный критерий Джинса, уравнения ЧГЛ с обобщенными законами политропы

Список литературы

  1. Гантмахер Ф.Р. Теория матриц. М.: Физматлит, 2010. 463 с.

  2. Захаров В.Ю. Волны малой амплитуды в замагниченной плазме без столкновений // Вопросы магнитной гидродинамики плазмы без столкновений в сильглм магнитном поле. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1988. 168 с.

  3. Рудаков Л.И., Сагдеев Р.З. О квазигидродинамическом описании разреженной плазмы, находящейся в магнитном поле // Физика плазмы и проблемы управляемых термоядерных реакций. М.: Изд-во АН СССР, 1958. Т. 3. С. 268–277.

  4. Колесниченко А.В. К описанию движения разреженной магнитосферной плазмы в сильном магнитном поле // Препр. ИПМ им. М.В. Келдыша РАН. 2017. № 43. 32 с.

  5. Abraham-Shrauner B. Small amplitude hydromagnetic waves for a plasma with a generalized polytrope law // Plasma Physics. 1973. V. 15. № 5. P. 375–385.

  6. Argal S., Tiwari A., Sharma P.K. Jeans instability of a rotating self-gravitating viscoelastic fluid // Europhys. Lett. 2014. V. 108. id. 35003.

  7. Bhatia P.K. Gravitational instability of a rotating anisotropic plasma with the inclusion of finite Larmor radius effect // Z. Astrophysik. 1968. V. 69. S. 363–367.

  8. Bhatia P.K., Chhonkar R.P.S. Instability of rotating isotropic and anisotropic plasmas // Astrophys. and Space Sci. 1985. V. 114. P. 135–149.

  9. Bhakta S., Prajapati R.P., Dolai B. Small amplitude waves and linear firehose and mirror instabilities in rotating polytropic quantum plasma // Phys. Plasmas. 2017. V. 24. id. 082113 (13 p.).

  10. Chandrasekhar S. Hydrodynamics and Hydromagnetic Stability. Clarendon, 1961. 585 p.

  11. Chew G.F., Goldberger M.L., Low F.E. The Boltzmann equation and the one-fluid hydromagnetic equations in the absence of particle collisions // Proc. Roy. Soc. Lond. A. 1956. V. 236. P. 112–118.

  12. Cherkos A.M., Tessema S.B. Gravitational instability on propagation of MHD waves in astrophysical plasma // J. Plasma Physics. 2013. V. 79. № 5. P. 805–816.

  13. Chou M., Hau L.-N. Magnetohydrodynamic waves and instabilities in homogeneous gyrotropic ultrarelativistic plasma // Astrophys. J. 2004. V. 611. № 2. P. 1200–1207.

  14. Chhajlani R.K., Vyas M.K. Effect of thermal conductivity on the gravitational instability of a magnetized rotating plasma through a porous medium in the presence of suspended particles // Astrophys. and Space Sci. 1988. V. 145. P. 223–240.

  15. Dzhalilov N.S., Kuznetsov V.D., Staude J. Wave instabilities in an anisotropic magnetized space plasma // Astron. and Astrophys. 2008. V. 489. № 2. P. 769–772.

  16. Gliddon E.C. Gravitational instability of anisotropic plasma // Astrophys. J. 1966. V. 145. P. 583–588.

  17. Hau L.-N., Phan T.-D., Sonnerup B.U.O., Paschmann G. Double-polytropic closure in the magnetosheath // Geophys. Res. Lett. 1993. V. 20. № 20. P. 2255–2258.

  18. Hau L.-N., Sonnerup B.U.Ö. On slow-mode waves in an anisotropic plasma // Geophys. Res. Lett. 1993. V. 2. № 17. P. 1763–1766.

  19. Hau L.-N., Wang B.-J. Effects of Hall current and electron temperature anisotropy on proton fire-hose instabilities // Phys. Plasmas. 2013. V. 20. id. 102120 (9 p.).

  20. Hunter C. Self-gravitating gaseous disks // Ann. Rev. Fluid Mech. 1972. V. 4. P. 219–242.

  21. Jeans J.H. The stability of a spherical nebula // Phil. Transact. Roy. Soc. London. Ser. A. Containing Papers of a Mathematical or Physical Character. 1902. V. 199. P. 1–53.

  22. Kalra G.L., Hosking R.J. Effect of sele-gravitation or finite ion mass on the stability of anisotropic plasma // Astrophys. and Space Sci. 1970. V. 9. P. 34–79.

  23. Kaothekar S., Chhajlani R.K. Jeans instability of self gravitating partially ionized Hall plasma with radiative heat loss functions and porosity // AIP Conf. 2013. Proc. V. 1536. P. 1288–1289.

  24. Kowal G., Falceta-Gonçalves D.A., Lazarian A. Turbulence in collisionless plasmas: statistical analysis from numerical simulations with pressure anisotropy // New J. Physics. 2011. V. 13. P. 053001 (1–23).

  25. Noerdlinger P.D. Anisotropic compression of a relativistic plasma // Phys. Fluids. 1967. V. 10. № 11. P. 2505.

  26. Prajapati R.P., Chhajlani R.K. Effect of pressure anisotropy and flow velocity on Kelvin–Helmholtz instability of anisotropic magnetized plasma using generalized polytrope laws // Phys. Plasmas. 2010. V. 17. id. 112108 (12 p.).

  27. Ren H., Ca J., Wu Z., Chu P.K. Magnetorotational instability in a collisionless plasma with heat flux vector and an isotropic plasma with self-gravitational effect // Phys. Plasmas. 2011. V. 18. № 9. id. 092117 (10 p.).

  28. Sharma R.C. Singh B. Gravitational instability of a rotating and partially-ionized plasma in the presence of variable magnetic field // Astrophys. and Space Sci. 1988. V. 143. P. 233–239.

  29. Sharma P., Quataert E., Hammett G.W., Stone J.M. Electron heating in hot accretion flows // Astrophys. J. 2007. V. 667. P. 714–723.

  30. Wang B.J., Hau L.N. MHD aspects of fire-hose type instabilities // J. Geophys. Res.: Space Phys. 2003. V. 108. № A12. id.1463 (12 p.).

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Астрономический вестник

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал