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天体物理学 > 高能天体物理现象

arXiv:2507.11616 (astro-ph)
[提交于 2025年7月15日 ]

标题: 一种用于黑洞吸积流广义相对论磁流体动力学模拟中的漂移-动能粒子动力学混合算法

标题: A Hybrid Algorithm for Drift-Kinetic Particle Dynamics within General Relativistic Magnetohydrodynamics Simulations of Black Holes Accretion Flows

Authors:Tyler Trent, Dimitrios Psaltis, Feryal Özel
摘要: 相对论时空中的天体物理等离子体,如黑洞吸积流,通常是弱碰撞的,需要动力学建模来捕捉非局部输运和粒子加速。 然而,微观和宏观过程之间的极端尺度分离限制了完全动力学模拟的可行性。 最近已推导出一种协变引导中心形式,以解决弯曲时空中的这一挑战。 我们提出了一种基于此形式的新混合数值算法,该算法在GRMHD背景中演化带电粒子的轨迹,在宏观时间尺度上进行。 为了解决运动方程中的数值不稳定性,我们开发了一种半隐式积分器,确保在强场环境中的稳定演化。 我们将该方法应用于黑洞吸积流的GRMHD模拟,展示了其在各种物理条件下的准确性和效率。
摘要: Astrophysical plasmas in relativistic spacetimes, such as black hole accretion flows, are often weakly collisional and require kinetic modeling to capture non-local transport and particle acceleration. However, the extreme scale separation between microscopic and macroscopic processes limits the feasibility of fully kinetic simulations. A covariant guiding center formalism has recently been derived to address this challenge in curved spacetimes. We present a new hybrid numerical algorithm based on this formalism, which evolves the trajectories of charged particles over macroscopic timescales in GRMHD backgrounds. To address numerical instabilities in the equations of motion, we develop a semi-implicit integrator that ensures stable evolution in strong-field environments. We apply our method to GRMHD simulations of black hole accretion flows, demonstrating its accuracy and efficiency across a range of physical conditions.
主题: 高能天体物理现象 (astro-ph.HE) ; 计算物理 (physics.comp-ph); 等离子体物理 (physics.plasm-ph)
引用方式: arXiv:2507.11616 [astro-ph.HE]
  (或者 arXiv:2507.11616v1 [astro-ph.HE] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2507.11616
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI

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来自: Tyler Trent [查看电子邮件]
[v1] 星期二, 2025 年 7 月 15 日 18:00:13 UTC (23,841 KB)
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