Выпуски

 / 

2015

 / 

Ноябрь

  

Обзоры актуальных проблем


Транзиентная динамика возмущений в астрофизических дисках

 а, б,  б
а Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, Физический факультет, Ленинские горы 1 стр. 2, Москва, 119991, Российская Федерация
б Московский Государственный университет им. М.В. Ломоносова, Государственный астрономический институт им. П.К.Штернберга, Университетский просп. 13, Москва, 119889, Российская Федерация

Рассмотрен круг вопросов, связанных с одной из главных нерешённых проблем в теории астрофизических дисков вообще и аккреционных дисков в частности — с проблемой возникновения в них эффективной вязкости в отсутствие магниторотационной неустойчивости. В этом случае вращательный поток невязкой жидкости с кеплеровским профилем угловой скорости спектрально устойчив, и кандидатом на механизм передачи энергии от регулярного движения к возмущениям становится транзиентный рост возмущений. Транзиентные возмущения качественно отличаются от мод возмущений и способны значительно усиливаться в сдвиговых потоках вследствие ненормальности контролирующего их эволюцию динамического оператора. Поскольку собственные векторы такого оператора и представляющие моды возмущений неортогональны друг другу, они могут интерферировать друг с другом во времени, давая транзиентный рост своих линейных комбинаций. Физически, растущее транзиентное возмущение представляет собой лидирующую спираль, ветви которой сокращаются дифференциальным вращением потока. Подробно обсуждается транзиентный рост вихревых сдвиговых гармоник в пространственно локальном пределе, а также методика поиска оптимальных возмущений, демонстрирующих наибольшее усиление. Особое внимание уделено вариационному методу получения таких решений, который заключается в итеративном интегрировании прямой и сопряжённой систем уравнений вперёд и назад во времени соответственно. Стиль изложения материала рассчитан на специалистов, для которых упомянутый круг вопросов является новым.

Текст: pdf
Войдите или зарегистрируйтесь чтобы получить доступ к полным текстам статей.
English fulltext is available at IOP
Ключевые слова: гидродинамика, турбулентность, аккреционные диски
PACS: 02.30.−f, 02.60.Pn, 47.32.C−, 97.10.Gz, 97.82.Jw, 98.62.Mw (все)
DOI: 10.3367/UFNr.0185.201511a.1129
URL: https://ufn.ru/ru/articles/2015/11/a/
Цитата: Раздобурдин Д Н, Журавлёв В В "Транзиентная динамика возмущений в астрофизических дисках" УФН 185 1129–1161 (2015)
BibTexBibNote ® (generic)BibNote ® (RIS)MedlineRefWorks

Поступила: 18 мая 2015, доработана: 1 сентября 2015, 8 сентября 2015

English citation: Razdoburdin D N, Zhuravlev V V “Transient dynamics of perturbations in astrophysical disksPhys. Usp. 58 1031–1058 (2015); DOI: 10.3367/UFNe.0185.201511a.1129

Список литературы (144) ↓ Статьи, ссылающиеся на эту (11) Похожие статьи (20)

  1. Armitage P J Astrophysics of Planet Formation (Cambridge: Cambridge Univ. Press, 2010)
  2. Youdin A N, Kenyon S J Planets, Stars and Stellar Systems Vol. 3 Solar and Stellar Planetary Systems (Eds T D Oswalt, L M French, P Kalas) (Berlin: Springer, 2013) p. 1
  3. Remillard R A, McClintock J E Annu. Rev. Astron. Astrophys. 44 49 (2006)
  4. Монин А С, Яглом А М Статистическая гидродмеханика Т. 1 (М.: Наука, 1965); Monin A S, Yaglom A M Statistical Fluid Mechanics Vol. 1 (Cambridge, Mass.: MIT Press, 1971)
  5. Menou K Science 288 2022 (2000)
  6. Schmid P J, Henningson D S Stability and Transition in Shear Flows (New York: Springer, 2001)
  7. Henningson D S, Reddy S C Phys. Fluids 6 1396 (1994)
  8. Balbus S A, Hawley J F Astrophys. J. 376 214 (1991)
  9. Hawley J F, Gammie S F, Balbus S A Astrophys. J. 440 742 (1995)
  10. Stone J M et al. Astrophys. J. 463 656 (1996)
  11. Balbus S A, Hawley J F Rev. Mod. Phys. 70 1 (1998)
  12. Balbus S A Annu. Rev. Astron. Astrophys. 41 555 (2003)
  13. Фридман А М, Бисикало Д В УФН 178 577 (2008); Fridman A M, Bisikalo D V Phys. Usp. 51 551 (2008)
  14. Курбатов Е П, Бисикало Д В, Кайгородов П В УФН 184 851 (2014); Kurbatov E P, Bisikalo D V, Kaigorodov P V Phys. Usp. 57 787 (2014)
  15. Lovelace R V E et al. Astrophys. J. 513 805 (1999)
  16. Klahr H, Hubbard A Astrophys. J. 788 21 (2014)
  17. Rayleigh Lord "On the dynamics of revolving fluids" Scientific Papers Vol. 6 (Cambridge: The Univ. Press, 1916) p. 447
  18. Ландау Л Д, Лифшиц Е М Гидродинамика (М.: Физматлит, 2006); Landau L D, Lifshitz E M Fluid Mechanics (Oxford: Pergamon Press, 1987)
  19. Rayleigh Lord "On the stability or instability of certain fluid motions" Scientific Papers Vol. 1 (Cambridge: The Univ. Press, 1880) p. 474
  20. Charney J G, Fjörtoft R, von Neumann J Tellus 2 237 (1950)
  21. Drazin P G, Reid W H NASA STI/Recon Tech. Rep. A 82 17950 (1981)
  22. Joseph D D NASA STI/Recon Tech. Rep. A 77 287 (1976)
  23. Balbus S A, Hawley J F, Stone J M Astrophys. J 467 76 (1996)
  24. Hawley J F, Balbus S A, Winters W F Astrophys. J 518 394 (1999)
  25. Shen Y, Stone J M, Gardiner T A Astrophys. J 653 513 (2006)
  26. Ji H et al. Nature 444 343 (2006)
  27. Schartman E, Ji H, Burin M J Rev. Sci. Instrum. 80 024501 (2009)
  28. Schartman E et al. Astron. Astrophys. 543 13 (2012)
  29. Lesur G, Longaretti P Y Astron. Astrophys. 444 25 (2005)
  30. Taylor G I Proc. R. Soc. London A 157 546 (1936)
  31. Wendt G Ann. Physik 409 445 (1933)
  32. Zeldovich Y B Proc. R. Soc. London A 374 299 (1981)
  33. Richard D, Zahn J-P Astron. Astrophys. 347 734 (1999)
  34. Longaretti P-Y Astrophys. J. 576 587 (2002)
  35. Paoletti M S, Lathrop D P Phys. Rev. Lett. 106 024501 (2011)
  36. Paoletti M S et al. Astron. Astrophys. 547 11 (2012)
  37. Avila M Phys. Rev. Lett. 108 124501 (2012)
  38. Edlund E M, Ji H Phys. Rev. Lett. 89 021004 (2014)
  39. Kelvin L Phil. Mag. 23 459 (1887)
  40. Orr W McF Proc. R. Irish Acad. A 27 9 (1907)
  41. Orr W McF Proc. R. Irish Acad. A 27 69 (1907)
  42. Goldreich P, Lynden-Bell P Mon. Not. R. Astron. Soc. 130 125 (1965)
  43. Julian W H, Toomre A Astrophys. J. 146 810 (1966)
  44. Farrell B F Phys. Fluids 31 2093 (1988)
  45. Butler K M, Farrell B F Phys. Fluids A 4 1637 (1992)
  46. Reddy S C, Schmid P J, Henningson D S SIAM J. Appl. Math. 53 15 (1993)
  47. Reddy S C, Henningson D S J. Fluid Mech. 252 209 (1993)
  48. Trefethen L N et al. Science 261 578 (1993)
  49. Schmid P J Annu. Rev. Fluid Mech. 39 129 (2007)
  50. Ioannou P J, Kakouris A Astrophys. J. 550 931 (2001)
  51. Yecko P A Astron. Astrophys. 425 385 (2004)
  52. Mukhopadhyay B, Afshordi N, Narayan R Astrophys. J. 629 383 (2005)
  53. Meseguer A Phys. Fluids 14 1655 (2002)
  54. Maretzke S, Hof B, Avila M J. Fluid Mech. 742 254 (2014)
  55. Coles D J. Fluid Mech. 21 385 (1965)
  56. Ломинадзе Д Г, Чагелашвили Г Д, Чанашвили Р Г Письма в Астрон. журн. 14 856 (1988); Lominadze D G, Chagelishvili G D, Chanishvili R G Sov. Astron. Lett. 14 364 (1988)
  57. Фридман А М Письма в Астрон. журн. 15 1122 (1989); Fridman A M Sov. Astron. Lett. 15 487 (1989)
  58. Chagelishvili G D et al. Phys. Rev. Lett. 79 3178 (1997)
  59. Chagelishvili G D et al. Astron. Astrophys. 402 401 (2003)
  60. Tevzadze A G et al. Astron. Astrophys. 407 779 (2003)
  61. Afshordi N, Mukhopadhyay B, Narayan R Astrophys. J. 629 373 (2005)
  62. Bodo G et al. Astron. Astrophys. 437 9 (2005)
  63. Tevzadze A G, Chagelishvili G D, Zahn J P Astron. Astrophys. 478 9 (2008)
  64. Heinemann T, Papaloizou J C B Mon. Not. R. Astron. Soc. 397 52 (2009)
  65. Heinemann T, Papaloizou J C B Mon. Not. R. Astron. Soc. 397 64 (2009)
  66. Tevzadze A G et al. Mon. Not. R. Astron. Soc. 401 901 (2010)
  67. Volponi F Mon. Not. R. Astron. Soc. 406 551 (2010)
  68. Salhi A, Pieri A B Phys. Rev. E 90 043003 (2014)
  69. Umurhan O M et al. Astron. Astrophys. 446 1 (2006)
  70. Rebusco P et al. Phys. Fluids 21 076601 (2009)
  71. Zhuravlev V V, Razdoburdin D N Mon. Not. R. Astron. Soc. 442 870 (2014)
  72. Pringle J E, King A R Astrophysical Flows (Cambridge: Cambridge Univ. Press, 2007)
  73. Ландау Л Д, Лифшиц Е М Статистическая физика Т. 1 (М.: Наука, 1976); Landau L D, Lifshitz E M Statistical Physics Vol. 1 (Oxford: Pegramon Press, 1980)
  74. Тассуль Ж-Л Теория вращающихся звезд (М.: Мир, 1982); Tassoul J-L Theory of Rotating Stars (Princeton: Princeton Univ. Press, 1978)
  75. Okazaki F T, Kato S, Fukue J Astron. Soc. Jpn. 39 457 (1987)
  76. Frank J, Robertson J A Mon. Not. R. Astron. Soc. 232 1 (1988)
  77. Kojima Y Mon. Not. R. Astron. Soc. 236 589 (1989)
  78. Kojima Y, Miyama S M, Kubotani H Mon. Not. R. Astron. Soc. 238 753 (1989)
  79. Чурилов С М, Шухман И Г Астрон. циркуляр. (1157) 1 (1981)
  80. Blaes O V, Glatzel W Mon. Not. R. Astron. Soc. 220 253 (1986)
  81. Glatzel W Mon. Not. R. Astron. Soc. 225 227 (1987)
  82. Glatzel W Mon. Not. R. Astron. Soc. 228 77 (1987)
  83. Narayan R, Goodman J Theory of Accretion Disks. Proc. of a NATO Advanced Research Workshop, Garching, Germany, March 6 - 10, 1989 (NATO ASI Ser. C) Vol. 290 (Ed. F Meyer) (Dordrecht: Kluwer, 1989) p. 231
  84. Narayan R Structure and Emission Properties of Accretion Disks. Proc. of IAU Colloq. 129, the 6th Institute d'Astrophysique de Paris (IAP) Meeting, Paris, France, 2 - 6 July, 1990 (Eds C Bertout, S Collin-Souffrin, J P Lasota) (Gif-sur-Yvette: Editions Frontieres, 1991) p. 153
  85. Papaloizou J C B, Pringle J E Mon. Not. R. Astron. Soc. 208 721 (1984)
  86. Papaloizou J C B, Pringle J E Mon. Not. R. Astron. Soc. 213 799 (1985)
  87. Papaloizou J C B, Pringle J E Mon. Not. R. Astron. Soc. 225 267 (1987)
  88. Goldreich P, Goodman J, Narayan R Mon. Not. R. Astron. Soc. 221 339 (1986)
  89. Kojima Y Prog. Theor. Phys. 75 251 (1986)
  90. Kato S Publ. Astron. Soc. Jpn. 39 645 (1987)
  91. Sekiya M, Miyama S M Mon. Not. R. Astron. Soc. 234 107 (1988)
  92. Friedman J L, Schutz B F Astrophys. J. 221 937 (1978)
  93. Goldreich P, Narayan R Mon. Not. R. Astron. Soc. 213 7P (1985)
  94. Drury L O Mon. Not. R. Astron. Soc. 217 821 (1985)
  95. Narayan R, Goldreich P, Goodman J Mon. Not. R. Astron. Soc. 228 1 (1987)
  96. Glatzel W Mon. Not. R. Astron. Soc. 231 795 (1988)
  97. Savonije G J, Heemskerk M H M Astron. Astrophys. 240 191 (1990)
  98. Степанянц Ю А, Фабрикант А Л УФН 159 83 (1989); Stepanyants Yu A, Fabrikant A L Sov. Phys. Usp. 32 783 (1989)
  99. Журавлев В В, Шакура Н И Письма в Астрон. журн. 33 604 (2007); Zhuravlev V V, Shakura N I Astron. Lett. 33 536 (2007)
  100. Журавлев В В, Шакура Н И Письма в Астрон. журн. 33 754 (2007); Zhuravlev V V, Shakura N I Astron. Lett. 33 673 (2007)
  101. Hill G W Am. J. Math. 1 5 (1878)
  102. Regev O, Umurhan O M Astron. Astrophys. 481 21 (2008)
  103. Binney J, Tremaine S Galactic Dynamics 2nd ed. (Princeton: Princeton Univ. Press, 2008)
  104. Johnson B M, Gammie C F Astrophys. J. 626 978 (2005)
  105. Chagelishvili G D, Rogava A D, Segal I N Phys. Rev. E 50 R4283 (1994)
  106. Бреховских Л М, Гончаров В В Введение в механику сплошных сред (в приложении к теории волн) (М.: Наука, 1982); Brekhovskikh L M, Goncharov V Mechanics of Continua and Wave Dynamics (Berlin: Springer-Verlag, 1985)
  107. Чагелишвили Г Д, Чанишвили Р Г, Ломинадзе Дж Г Письма в ЖЭТФ 63 517 (1996); Chagelishvili G D, Chanishvili R G, Lominadze D G JETP Lett. 63 543 (1996)
  108. Бирман М Ш и др. Функциональный анализ (Под общ. ред. С Г Крейна) (М.: Наука, 1972); Vilenkin N Ya et al. Functional Analysis (Ed. S G Krein) (Groningen: Wolters-Noordhoff, 1972)
  109. Колмогоров А Н, Фомин С В Элементы теории функций и функционального анализа (М.: Наука, 1968); Kolmogorov A N, Fomin S V Introductory Real Analysis (New York: Dover Publ., 1975)
  110. Ильин В А, Садовничий В А, Сендов Бл Х Математический анализ. Т. 2 Продолжение курса (М.: Изд-во МГУ, 1987)
  111. Korn G A, Korn T M Mathematical Handbook for Scientists and Engineers (New York: McGraw-Hill, 1968); Корн Г, Корн Т Справочник по математике для научных работников и инженеров (М.: Наука, 1984)
  112. Farrell B F, Ioannou P J J. Atmos. Sci. 53 2025 (1996)
  113. Раздобурдин Д Н, Журавлев В В Письма в Астрон. журн. 38 138 (2012); Razdoburdin D N, Zhuravlev V V Astron. Lett. 38 117 (2012)
  114. Golub G H, Reinsch C Numer. Math. 14 403 (1970)
  115. Golub G H, Van Loan C F Matrix Computations (Baltimore: Johns Hopkins Univ. Press, 1996)
  116. Hanifi A, Schmid P J, Henningson D S Phys. Fluids 8 826 (1996)
  117. Malik M, Alam M, Dey J Phys. Fluids 18 034103 (2006)
  118. Zhuravlev V V, Shakura N I Astron. Nachr. 330 84 (2009)
  119. Kato S Publ. Astron. Soc. Jpn. 53 1 (2001)
  120. Heading J An Introduction to Phase-Integral Methods (Mineola: Dover Publ., 2013); Хединг Дж Введение в метод фазовых интегралов. (Метод ВКБ) (М.: Мир, 1965)
  121. Luchini P J. Fluid Mech. 404 289 (2000)
  122. Lin C The Theory of Hydrodynamic Stability (Cambridge: Univ. Press, 1955); Линь Ц Теория гидродинамической устойчивости (М.: ИЛ, 1958)
  123. Andersson P, Berggren M, Henningson D S Phys. Fluids 11 134 (1999)
  124. Farrell B F, Ioannou P J J. Atmos. Sci. 53 2041 (1996)
  125. Corbett P, Bottaro A J. Fluid Mech. 435 1 (2001)
  126. Guégan A, Schmid P J, Huerre P J. Fluid Mech. 566 11 (2006)
  127. Gunzburger M D Perspectives in Flow Control and Optimization (Philadelphia, PA: Society for Industrial and Applied Mathematics, 2003)
  128. Марчук Г И Матем. сб. 189 (10) 75 (1998); Marchuk G I Sbornik Mathematics 189 1505 (1998)
  129. Cherubini S et al. J. Fluid Mech. 656 231 (2010)
  130. Cherubini S et al. J. Fluid Mech. 689 221 (2011)
  131. Cherubini S, De Palma P J. Fluid Mech. 716 251 (2013)
  132. Richtmyer R D Principles of Advanced Mathematical Physics Vol. 2 (New York: Springer-Verlag, 1981); Рихтмайер Р Принципы современной математической физики Т. 2 (М.: Мир, 1984)
  133. Horton W et al. Phys. Rev. E 81 066304 (2010)
  134. Canuto V M, Goldman I, Hubickyj O Astrophys. J. Lett. 280 L55 (1984)
  135. Simon J B, Hawley J F, Beckwith K Astrophys. J. 690 974 (2009)
  136. Davis S W, Stone J M, Pessah M E Astrophys. J. 713 52 (2010)
  137. Squire J, Bhattacharjee A Astrophys. J. 797 15 (2014)
  138. Squire J, Bhattacharjee A Phys. Rev. Lett. 113 025006 (2014)
  139. Mamatsashvili G R et al. Phys. Rev. E 89 043101 (2014)
  140. Schmid P J, Reddy S C, Henningson D S Advances in Turbulence VI (Eds S Gavrilakis, L Machiels, P A Monkewitz) (Dordrecht: Kluwer Acad. Publ., 1996) p. 381
  141. Reddy S C et al. J. Fluid Mech. 365 269 (1998)
  142. Waleffe F Phys. Fluids 7 3060 (1995)
  143. Lominadze J G Advances in Plasma Astrophysics. Proc. of the Intern. Astronomical Union, IAU Symp. Vol. 274 (Eds A Bonanno, E de Gouveia Dal Pino, A G Kosovichev) (Cambridge: Cambridge Univ. Press, 2011) p. 318
  144. Marcus P et al. Astrophys. J. 808 87 (2015); Marcus P et al. arXiv:1410.8143

© Успехи физических наук, 1918–2020
Электронная почта: ufn@ufn.ru Телефоны и адреса редакции О журнале Пользовательское соглашение