Магніторотаційна нестійкість — гідродинамічна нестійкість, що виникає, коли кутова швидкість намагніченого середовища зменшується зі збільшенням відстані від центра обертання. У літературі її також називають нестійкістю Веліхова — Чандрасекара або нестійкістю Балбуса — Гоулі; не слід плутати з нестійкістю Веліхова, яка є . Магніторотаційна нестійкість має особливе значення в астрофізиці, де відіграє важливу роль у динаміці акреційних дисків. Саме Балбус і Гоулі першими усвідомили астрофізичне значення цієї нестійкості та пояснили її фізичний механізм.
Обертовий гідродинамічний диск (наприклад, немагнітний акреційний диск) зберігає стан ламінарної течії, якщо момент імпульсу (на одиницю маси) зростає назовні. Це також відоме як критерій стійкості Релея: , де — кутова швидкість елемента середовища, а — його відстань до центра обертання. Нестійкість, що зрештою призводить до турбулентності, виникає за наявності магнітного поля, якщо кутова швидкість зменшується з радіусом: . Більшість акреційних дисків задовольняють цій умові.
Історія Магніторотаційну нестійкість вперше описав у неастрофізичному контексті Євген Веліхов у 1959 році, досліджуючи стійкість потоку Куетта ідеальної магнітогідродинамічної рідини. Пізніше цей результат узагальнив Субраманьян Чандрасекар у 1960 році. Механізм цієї нестійкості запропонували Ечесон і Гайд (1973) як можливий чинник у задачі магнітного динамо Землі. Застосовність цього механізму до акреційних дисків стала очевидною після того, як Балбус і Гоулі показали, що навіть слабкі магнітні поля можуть істотно змінювати характер стійкості акреційних дисків.
Якісне пояснення Просту модель, що ілюструє цей тип нестійкості, можна описати так. Розглянемо обертовий диск у слабкому осьовому магнітному полі. Два радіально близькі елементи середовища поводяться як дві маси, з’єднані безмасовою пружиною, де сила натягу пружини відповідає магнітному натягу. У кеплерівському диску внутрішній елемент обертається швидше за зовнішній, тому «пружина» розтягується. Унаслідок цього внутрішній елемент сповільнюється, втрачає кутовий момент і переходить на нижчу орбіту. Водночас зовнішній елемент прискорюється, набуває більшого кутового моменту й переходить на вищу орбіту. Із збільшенням відстані між елементами натяг зростає, і процес стає нестійким.
Спостережувані швидкості акреції в астрофізичних об’єктах не можна пояснити лише молекулярною в’язкістю, оскільки перенесення кутового моменту назовні в такому разі недостатнє для пояснення припливу маси всередину. Магніторотаційна нестійкість забезпечує механізм додаткового перенесення кутового моменту назовні. Це суто магнітогідродинамічне явище, яке не має гідродинамічного аналога. Для пояснення наявності магнітного поля, необхідного для виникнення нестійкості, зазвичай залучають теорію динамо.
Значних зусиль докладено для відтворення магніторотаційної нестійкості в контрольованих лабораторних експериментах. Результати цих експериментів також дають змогу перевірити точність комп’ютерних моделей, що описують магніторотаційну нестійкість.
Примітки
Література