Perda radiativa e efeitos de colisão íon-neutro em plasmas astrofísicos

Neste artigo, estudamos o papel do resfriamento radiativo em um modelo de dois fluidos consistindo de neutros acoplados e partículas carregadas. Primeiro, analisamos as equações linearizadas de dois fluidos onde incluímos perdas radiativas na equação de energia para as partículas carregadas. Em uma geometria 1D para propagação paralela e nos casos limites de acoplamento fraco e forte, pode-se demonstrar analiticamente que as condições de instabilidade para o modo térmico e as ondas sonoras, os critérios isobáricos eisentrópicos, respectivamente, permanecem inalterados em relação a plasmas radiativos de um fluido. Para os parâmetros considerados neste artigo, representativos da coroa solar, o resfriamento radiativo produz crescimento do modo térmico e atenuação das ondas sonoras. Quando neutros são incluídos e estão suficientemente acoplados às cargas, a taxa de crescimento do modo térmico e a atenuação da onda ambas diminuem pelo mesmo fator, que depende apenas da fração de ionização. Para uma função de aquecimento que é constante no tempo, encontramos que o crescimento do modo térmico e a atenuação das ondas sonoras são ligeiramente maiores. O cálculo numérico dos autovalores do sistema geral de equações em uma geometria 3D confirma os resultados analíticos. Em seguida, realizamos simulações 2D totalmente não lineares que fornecem resultados consistentes: uma maior fração de ionização ou um acoplamento menor aumentará a taxa de crescimento. A contribuição do campo magnético é negligenciável na fase linear. Efeitos de ionização-recombinação podem desempenhar um papel importante porque o resfriamento radiativo produz uma grande faixa de temperaturas no sistema. Na simulação numérica, após a primeira fase de condensação, quando a temperatura mínima é alcançada, a fração de neutros aumenta quatro ordens de magnitude devido à recombinação.