Formation and dynamics of magnetic flux tubes in the accretion disks of young stars
Аннотация
Работа посвящена численному моделированию динамики тороидальных магнитных силовых трубок (МСТ) в аккре- ционном диске молодой звезды типа Т Тельца. Уравнения динамики МСТ записываются с учетом сил плавучести и сопротивления, магнитного поля диска и натяжений внутреннего магнитного поля МСТ. Рассматривается случай эффективного теплообмена с окружающим газом. Структура аккреционного диска рассчитывается с помощью маг- нитогазодинамической (МГД) модели аккреционных дисков Дудорова и Хайбрахманова. Для расчета вертикальной структуры диска используется уравнение состояния политропного газа. Расчеты показывают, что МСТ с радиусом поперечного сечения 0.1H, где H — шкала высоты диска, практически вертикально всплывают к поверхности диска со скоростью до 7 км с −1 . Тонкие МСТ радиусом 0.001H всплывают со скоростями до 20 км с −1 и стягиваются по на- правлению к оси вращения диска. В ходе эволюции МСТ могут расширяться до размеров, сравнимых со шкалой высоты аккреционного диска и формировать неоднородную истекающую замагниченную корону диска. Всплытие МСТ является эффективным механизмом отвода избыточного магнитного потока из внутренних областей диска, где степень ионизации достаточно высока и магнитное поле вморожено в вещество. Концентрация МСТ вблизи оси вращения диска может влиять на генерацию струйных истечений и обуславливать наблюдаемые неоднородности струй. This work is dedicated to the numerical simulations of the dynamics of toroidal magnetic flux tubes (MFTs) in the accretion disk of a young T Tauri star. The equations of MFT dynamics take into account the buoyancy and drag forces, the magnetic field of the disk, and the tensions of the internal magnetic field of the MFT. The case of efficient heat exchange with the surrounding gas is considered. The structure of the accretion disk is simulated using the magnetohydrodynamic (MHD) model of the accretion disks developed by Dudorov and Khaibrakhmanov. The equation of state for a polytropic gas is used to model the vertical structure of the disk. Simulations show that MFTs with cross-section radius of 0.1H, where H is the disk scale height, rise almost vertically to the disk surface at a speed of up to 7 km s −1 . Thin MFTs with cross-section radius of 0.001H float up with velocities up to 20 km s −1 and contract towards the axis of rotation. During evolution, MFTs can expand to sizes comparable to the accretion disk scale height and form an inhomogeneous outflowing magnetized disk corona. Floating of MFTs is an effective mechanism for removing excess magnetic flux from the inner regions of the disk, where the ionization fraction is large, and the magnetic field is frozen into gas. The MFT concentration near the disk rotation axis can affect the generation of jet outflows and cause the observed jet inhomogeneities.