Магниторотационная неустойчивость в кеплеровских дисках: нелокальный подход

Н.И. Шакура^†^а, К.А. Постнов^‡^а, б, Д.А. Колесников^§^а, в, Г.В. Липунова^*^а, г
^аМосковский Государственный университет им. М.В. Ломоносова, Государственный астрономический институт им. П.К.Штернберга, Университетский просп. 13, Москва, 119889, Российская Федерация
^бКазанский (Приволжский) федеральный университет, ул. Кремлевская 18, Казань, 420008, Российская Федерация
^вTel-Aviv University, Raymond and Beverly Sackler School of Physics and Astronomy, Tel-Aviv, Israel
^гMax-Planck-Institut für Radioastronomie, Auf dem Hügel 69, Bonn, 53121, Germany

В рамках нелокального подхода пересмотрен модальный анализ малых возмущений кеплеровского течения идеального газа, приводящих к магниторотационной неустойчивости, как в постоянном вертикальном магнитном поле, так и в случае радиально изменяющейся фоновой альвеновской скорости. Моды магниторотационных возмущений описываются дифференциальным уравнением типа уравнения Шрёдингера с некоторым эффективным потенциалом, включающим в простом случае, когда альвеновская скорость постоянна по радиусу, "отталкивающий" (1/r²) и "притягивающий" (-1/r³) члены. Учёт радиальной зависимости фоновой альвеновской скорости приводит к качественному изменению формы эффективного потенциала. Показано, что в "неглубоких" потенциалах нет стационарных уровней энергии, соответствующих неустойчивым модам ω²< 0. В тонких аккреционных дисках длина волны возмущения λ = 2π/k_z меньше полутолщины h диска только в "глубоких" потенциалах. Найдена предельная величина фоновой альвеновской скорости (c_A)_cr, выше которой магниторотационная неустойчивость не возникает. В тонких аккреционных дисках при малой фоновой альвеновской скорости c_A≪ (c_A)_cr инкремент магниторотационной неустойчивости ω ≈ −√3ic_Ak_z подавлен по сравнению со значением, получаемым в локальном анализе возмущений.

Ключевые слова: магниторотационная неустойчивость, аккреционные диски
PACS: 95.30.Qd, 97.10.Gz (все)
DOI: 10.3367/UFNr.2023.09.039554
URL: https://ufn.ru/ru/articles/2023/12/f/
Web of Science

001172931200005
Scopus

2-s2.0-85183001473
ADS NASA

2023PhyU...66.1262S
Цитата: Шакура Н И, Постнов К А, Колесников Д А, Липунова Г В "Магниторотационная неустойчивость в кеплеровских дисках: нелокальный подход" УФН 193 1340–1355 (2023)

BibTexBibNote ® (generic)BibNote ® (RIS)MedlineRefWorks

Поступила: 16 декабря 2022, доработана: 21 сентября 2023, одобрена в печать: 22 сентября 2023

English citation: Shakura N I, Postnov K A, Kolesnikov D A, Lipunova G V “Magnetorotational instability in Keplerian disks: a nonlocal approach” Phys. Usp. 66 1262–1276 (2023); DOI: 10.3367/UFNe.2023.09.039554

Список литературы (35) ↓ Статьи, ссылающиеся на эту (5) Похожие статьи (18)

Shakura N I, Sunyaev R A Astron. Astrophys. 24 337 (1973)
Bisnovatyi-Kogan G S, Lovelace R V E New Astron. Rev. 45 663 (2001)
Lipunova G, Malanchev K, Shakura N Accretion Flows in Astrophysics (Astrophysics and Space Science Library) Vol. 454 (Ed. N Shakura) (Cham: Springer, 2018) p. 1
Boneva D V et al Astron. Astrophys. 652 A38 (2021)
Somov B V et al Adv. Space Res. 32 1087 (2003)
Велихов Е П ЖЭТФ 36 1398 (1959); Velikhov E P Sov. Phys. JETP 9 995 (1959)
Chandrasekhar S Proc. Natl. Acad. Sci. USA 46 253 (1960)
Strutt J W (Lord Rayleigh) Proc. R. Soc. Lond. A 93 148 (1917)
Parker E N Astrophys. J. 145 811 (1966)
Balbus S A, Hawley J F Astrophys. J. 376 214 (1991)
Balbus S A, Hawley J F Rev. Mod. Phys. 70 1 (1998)
Hawley J F, Gammie C F, Balbus S A Astrophys. J. 440 742 (1995)
Sorathia K A et al Astrophys. J. 749 189 (2012)
Hawley J F et al Astrophys. J. 772 102 (2013)
Kato S, Fukue J, Mineshige S Black-Hole Accretion Disks (Kyoto, Japan: Kyoto Univ. Press, 1998)
Shakura N, Postnov K Mon. Not. R. Astron. Soc. 451 3995 (2015)
Zou R et al Phys. Rev. E 101 013201 (2020)
Papaloizou J, Szuszkiewicz E Geophys. Astrophys. Fluid Dyn. 66 223 (1992)
Kumar S, Coleman C S, Kley W Mon. Not. R. Astron. Soc. 266 379 (1994)
Gammie C F, Balbus S A Mon. Not. R. Astron. Soc. 270 138 (1994)
Curry C, Pudritz R E, Sutherland P G Astrophys. J. 434 206 (1994)
Latter H N, Fromang S, Faure J Mon. Not. R. Astron. Soc. 453 3257 (2015)
Knobloch E Mon. Not. R. Astron. Soc. 255 25P (1992)
Dubrulle B, Knobloch E Astron. Astrophys. 274 667 (1993)
Shakura N I, Lipunova G V Mon. Not. R. Astron. Soc. 480 4273 (2018)
Shakura N, Postnov K Mon. Not. R. Astron. Soc. 448 3697 (2015)
Ландау Л Д, Лифшиц Е М Квантовая механика. Нерелятивистская теория (М.: Наука, 1989); Пер. на англ. яз., Landau L D, Lifshitz E M Quantum Mechanics. Non-Relativistic Theory (Oxford: Butterworth-Heinemann, 1998)
Flügge S Practical Quantum Mechanics (Berlin: Springer-Verlag, 1971)
Ландау Л Д, Лифшиц Е М Гидродинамика (М.: Наука, 1986); Пер. на англ. яз., Landau L D, Lifshitz E M Fluid Dynamics (Oxford: Pergamon Press, 1987)
Acheson D J Elementary Fluid Dynamics (Oxford: Clarendon Press, 1990)
Shakura N, Postnov K Accretion Flows in Astrophysics (Astrophysics and Space Science Library) Vol. 454 (Ed. N Shakura) (Cham: Springer, 2018) p. 393
Salmeron R, Königl A, Wardle M Mon. Not. R. Astron. Soc. 375 177 (2007)
Bai X-N, Stone J M Astrophys. J. 769 76 (2013)
Curry C, Pudritz R E Mon. Not. R. Astron. Soc. 281 119 (1996)
Левитан Б М, Саргсян И С Операторы Штурма—Лиувилля и Дирака (М.: Наука, 1988)