Numerical resistive relativistic magnetohydrodynamics

Zusammenfassung

La presente tesis se desarrollada dentro del marco de la Magnetohidrodinámica Resistiva Relativistica (RRMHD; por sus siglas en inglés) y uno de sus principales objetivos es el caracterizar las condiciones físicas que optimizan la disipación de campos magnéticos en plasmas relativistas, especialmente en aquellos que son de interés astrofísico. Para alcanzar este objetivo, realizamos el estudio de los denominados modos de ruptura dobles, bajo condiciones ideales (IDTMs; por sus siglas en inglés) que maximizan sus tasas de crecimiento. Se demuestra que en el régimen relativista los IDTMs pueden crecer en escalas de tiempo de unos pocos tiempos característicos de Alfvén, desarrollando regímenes explosivos, incluso si las condiciones en las que se desarrollan no son estrictamente ideales. Ello nos permite concluir que los IDTMs relativistas pueden utilizarse para explicar los fenómenos de reconexión astrofísicos más violentos, como por ejemplo los que se cree que acontecen en la magnetosferas de estrellas de neutrones. Para lograr este objetivo, piedra angular de la tesis, se construyó un nuevo código RRMHD, apto para ser usado en el estudio de plasmas en el contexto astrofísico. Este nuevo código denominado CUEVA , se basa en una formulación conservativa de volúmenes finitos de las ecuaciones de RRMHD. La evolución de un estado inicial dado se realiza mediante la técnica conocida como método de líneas. Dado que en el régimen ideal el sistema de ecuaciones de la RRMHD es matemáticamente rígido, la integración temporal se lleva a cabo con métodos parcialmente implícitos. En C UEVA se implementan dos familias principales de integradores de tiempo: los métodos denominados RKIMEX y MIRK. Como un subproducto de esta tesis, hemos desarrollado un resolvedor aproximado del tipo HLLC. El nuevo resolvedor captura de forma exacta discontinuidades de contacto estacionarias. En combinación con técnicas de reconstrucción espacial de orden ultra-alto, en esta tesis caracterizamos la resistividad y la viscosidad numérica de CUEVA de manera exhaustiva. Ello nos ha permitido delimitar con claridad que el desarrollo de los IDTMs es de origen físico y no un artefacto numérico.