Modelling of resistive relativistic astrophysical outflows

Οι σχετικιστικές αστροφυσικές εκροές πλάσματος βρίσκονται στο σημείο τομής της θεωρίας της σχετικότητας του Αϊνστάιν, της ηλεκτροδυναμικής και της ρευστομηχανικής, καθιστώντας τες ένα από τα πιο ενδιαφέροντα και πολύπλοκα αστροφυσικά φαινόμενα που παρατηρούνται στη Φύση. Λόγω του ιονισμένου χαρακτήρα του πλάσματος αυτών των εκροών, οι ιδιότητές τους έχουν παραδοσιακά διερευνηθεί υπό την υπόθεση άπειρης ηλεκτρικής αγωγιμότητας ή, ισοδύναμα, μηδενικής ηλεκτρικής ειδικής αντίστασης, στο πλαίσιο της Ιδεατής Μαγνητοϋδροδυναμικής. Η έγκυρη αυτή υπόθεση επιτρέπει την εξαγωγή ισχυρών αποτελεσμάτων που αποτυπώνουν με ακρίβεια τους φυσικούς μηχανισμούς που δρουν σε αυτά τα συστήματα. Στην πραγματικότητα, όμως, η ηλεκτρική αγωγιμότητα των αστροφυσικών πλασμάτων, παρότι υψηλή, δεν είναι άπειρη, και μπορούν να εμφανιστούν αναλωτικά φαινόμενα στις αστροφυσικές εκροές πλάσματος, φαινόμενα τα οποία συχνά ευθύνονται για τα παροδικά ακτινοβολιακά χαρακτηριστικά αυτών των συστημάτων και δεν μπορούν να μελετηθούν στο πλαίσιο της Ιδεατής Μαγνητοϋδροδυναμικής. Η μοντελοποίηση των αστροφυσικών εκροών, λοιπόν, στο ευρύτερο πλαίσιο της Μαγνητοϋδροδυναμικής με Αντίσταση, δηλαδή υπό την υπόθεση πεπερασμένης ηλεκτρικής αγωγιμότητας, μπορεί να προσφέρει μια πιο ρεαλιστική περιγραφή των δυναμικών ιδιοτήτων και της εξέλιξής τους. Στόχος της παρούσας διατριβής είναι να διερευνήσει τον τρόπο και το βαθμό της επίδρασης της ηλεκτρομαγνητικής ανάλωσης στους μηχανισμούς που επιταχύνουν και εστιάζουν αυτές τις σχετικιστικές εκροές, στην τοπολογία των ηλεκτρομαγνητικών τους πεδίων και, τέλος, στις ασυνέχειες που προκύπτουν λόγω της αλληλεπίδρασής τους με τα περιβάλλοντα μέσα. Η διατριβή απαντά σε αυτά τα ερωτήματα μέσω μιας ποικιλίας προσεγγίσεων. Καταρχάς, κατασκευάζονται αναλυτικά μοντέλα αντιστατικών σχετικιστικών πιδάκων, τα οποία επιτρέπουν την εξαγωγή ακριβών λύσεων στις εξισώσεις της χρονοανεξάρτητης και αξισυμμετρικής Σχετικιστικής Μαγνητοϋδροδυναμικής με Αντίσταση. Τα αυτοόμοια αυτά μοντέλα ρίχνουν φως στις επιδράσεις που έχει η ηλεκτρομαγνητική, ή ωμική, ανάλωση ενέργειας στους μηχανισμούς που επιταχύνουν και εστιάζουν σχετικιστικούς πίδακες που εκτοξεύονται από την εγγύτητα μελανών οπών, καθώς και στη γεωμετρία των ηλεκτρομαγνητικών τους πεδίων. Στη συνέχεια, μελετάται η αλληλεπίδραση των σχετικιστικών εκροών με τα περιβάλλοντα μέσα τους, με έμφαση στην επίδραση της ηλεκτρικής αγωγιμότητας του πλάσματος στις συνθήκες άλματος για σχετικιστικά ωστικά κύματα που διαδίδονται σε μαγνητισμένα μέσα πεπερασμένης ηλεκτρικής αγωγιμότητας. Τέλος, πραγματοποιούνται αριθμητικές προσομοιώσεις μαγνητισμένων φλοιών πλάσματος με ηλεκτρική ειδική αντίσταση, οι οποίες δείχνουν ότι η ειδική αντίσταση μπορεί να επηρεάσει έμμεσα και την επιτάχυνσή τους, τροποποιώντας τη διάδοση των χαρακτηριστικών μαγνητοϋδροδυναμικών κυμάτων, τα οποία διαμορφώνουν τις βαθμίδες μαγνητικής πίεσης που επιταχύνουν τους φλοιούς πλάσματος.