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The Impact of Kinetic Neutrals on the Heliotail
The Astrophysical Journal ( IF 4.9 ) Pub Date : 2021-01-05 , DOI: 10.3847/1538-4357/abc953
A. T. Michael 1, 2 , M. Opher 1 , G. Tth 3 , V. Tenishev 3 , J. F. Drake 4
Affiliation  

The shape of the heliosphere is thought to resemble a long, comet tail, however, recently it has been suggested that the heliosphere is tailless with a two-lobe structure. The latter study was done with a three-dimensional (3D) magnetohydrodynamic code, which treats the ionized and neutral hydrogen atoms as fluids. Previous studies that described the neutrals kinetically claim that this removes the two-lobe structure of the heliosphere. In this work, we use the newly developed Solar-wind with Hydrogen Ion Exchange and Large-scale Dynamics (SHIELD) model. SHIELD is a self-consistent kinetic-MHD model of the outer heliosphere that couples the MHD solution for a single plasma fluid from the BATS-R-US MHD code to the kinetic solution for neutral hydrogen atoms solved by the Adaptive Mesh Particle Simulator, a 3D, direct simulation Monte Carlo model that solves the Boltzmann equation. We use the same boundary conditions as our previous simulations using multi-fluid neutrals to test whether the two-lobe structure of the heliotail is removed with a kinetic treatment of the neutrals. Our results show that despite the large difference in the neutral hydrogen solutions, the two-lobe structure remains. These results are contrary to previous kinetic-MHD models. One such model maintains a perfectly ideal heliopause and does not allow for communication between the solar wind and interstellar medium. This indicates that magnetic reconnection or instabilities downtail play a role for the formation of the two-lobe structure.



中文翻译:

动力学中性对太阳尾的影响

日光层的形状被认为类似于一条长长的彗尾,然而,最近有人提出日光层是无尾的,具有两瓣结构。后一项研究是使用三维 (3D) 磁流体动力学代码完成的,该代码将电离和中性氢原子视为流体。先前在动力学上描述中性粒子的研究声称,这消除了日球层的两瓣结构。在这项工作中,我们使用新开发的具有氢离子交换和大规模动力学 (SHIELD) 模型的太阳风。SHIELD 是外日球层的自洽动力学 MHD 模型,它将来自 BATS-R-US MHD 代码的单个等离子体流体的 MHD 解与自适应网格粒子模拟器求解的中性氢原子动力学解耦合,这是一个3D,求解玻尔兹曼方程的直接模拟蒙特卡罗模型。我们使用与我们之前使用多流体中性线进行的模拟相同的边界条件来测试是否通过中性线的动力学处理去除了日光尾的两瓣结构。我们的结果表明,尽管中性氢溶液存在很大差异,但双叶结构仍然存在。这些结果与之前的动力学 MHD 模型相反。一个这样的模型保持完美的日光层顶并且不允许太阳风和星际介质之间的通信。这表明磁重联或不稳定性向下对双叶结构的形成起作用。我们使用与我们之前使用多流体中性线进行的模拟相同的边界条件来测试是否通过中性线的动力学处理去除了日光尾的两瓣结构。我们的结果表明,尽管中性氢溶液存在很大差异,但双叶结构仍然存在。这些结果与之前的动力学 MHD 模型相反。一个这样的模型保持完美的日光层顶并且不允许太阳风和星际介质之间的通信。这表明磁重联或不稳定性向下对双叶结构的形成起作用。我们使用与我们之前使用多流体中性线进行的模拟相同的边界条件来测试是否通过中性线的动力学处理去除了日光尾的两瓣结构。我们的结果表明,尽管中性氢溶液存在很大差异,但双叶结构仍然存在。这些结果与之前的动力学 MHD 模型相反。一个这样的模型保持完美的日光层顶并且不允许太阳风和星际介质之间的通信。这表明磁重联或不稳定性向下对双叶结构的形成起作用。这些结果与之前的动力学 MHD 模型相反。一个这样的模型保持完美的日光层顶并且不允许太阳风和星际介质之间的通信。这表明磁重联或不稳定性向下对双叶结构的形成起作用。这些结果与之前的动力学 MHD 模型相反。一个这样的模型保持了完美的日光层顶,并且不允许太阳风和星际介质之间的通信。这表明磁重联或不稳定性向下对双叶结构的形成起作用。

更新日期:2021-01-05
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