Weakly Turbulent MHD Waves in Compressible Low-Beta Plasmas
本文利用弱湍流理论研究了无碰撞低β等离子体中Alfven波与快、慢磁声波的相互作用。从磁流体动力学方程出发,推导出波动方程,并加入附加项,建立了无碰撞阻尼模型。这些方程用于提供各种非线性过程的定量描述,包括“平行”和“垂直”的能量级联,波类型之间的能量传递,“相位混合”,以及产生背散射阿尔芬波。
2008-10-30 astro-ph
Numerical Simulations of Incompressible MHD Turbulence
不可压缩磁流体动力学(MHD)湍流的研究为许多天体物理问题提供了有益的启示。本文描述了一个适用于不可压湍流研究的伪谱MHD程序。本文回顾了我们最近在周期性盒子中直接三维数值模拟MHD湍流方面的工作。在这些工作中,我们使用伪谱代码来解决不可压缩MHD方程。我们首先讨论湍流的结构和性质作为尺度的函数。结果与Goldreich & Sridhar最近提出的标度律一致。标度律是基于标度相关各向同性的概念:沿磁场线,较小的涡流比较大的涡流更细长。这个标度律大大改变了我们对MHD湍流的看法。例如,正如Lazarian & Vishniac所指出的,标度定律可以提供快速的重连率。我们进一步讨论了不可压MHD湍流的研究如何通过考虑不平衡级联和粘性阻尼湍流来帮助我们理解星际介质(ISM)中的物理过程。
2001-11-03 astro-ph
MHD Turbulence: Properties of Alfven, Slow and Fast Modes
总结了MHD湍流的基本性质。首先,MHD湍流并不像人们认为的那样混乱。事实上,沿MHD叶栅的可压缩和不可压缩运动的强非线性耦合的概念是不成立的。Alfven,慢,快模式的MHD湍流遵循自己的级联,并表现出与理论预期一致的各向异性程度。第二,湍流的快速衰减与流体的可压缩性无关。可压缩运动和不可压缩运动的衰减速率非常相似。第三,阿尔文模式和慢模式的性质与不可压缩磁流体力学中的对应模式相似。快模的性质与声湍流相似,需要进一步研究。第四,低马赫数下的密度和高马赫数下的密度对数呈现Kolmogorov型谱。
2005-05-29 astro-ph
Gravitational Radiation from Primordial Helical Inverse Cascade MHD Turbulence
本文研究了在电弱相变中由气泡碰撞产生的原始螺旋逆级联磁流体动力学(MHD)湍流产生的引力波。我们扩展了以前的研究\cite{kgr08}考虑目前讨论的MHD湍流模型。对于常用的电弱相变参数值,产生的引力波谱仅弱依赖于MHD湍流模型。与未磁化的电弱相变情况相比,磁流体动力学湍流产生的引力波的频谱峰值频率较低,振幅较大,并且可以被建议的激光干涉仪空间天线检测到
2009-04-26 astro-ph
Acceleration of energetic particles by large-scale compressible magnetohydrodynamic turbulence
在湍流等离子体中沿着磁场线扩散的快速粒子可以在湍流中的涡流随机化之前多次扩散通过并且然后返回到同一涡流。这导致了增强的颗粒加速度的大规模可压缩湍流相对于以前的估计,其中各向同性的颗粒扩散假设。
2003-11-13 astro-ph
Ordinary and Viscosity-Damped MHD Turbulence
我们比较了最近发现的粘性阻尼制度在强磁化介质中的普通强磁流体动力学(MHD)湍流的性质。我们专注于能谱,各向异性和双折射。最令人惊讶的结论是,在普通的强MHD湍流中,速度和磁场表现出不同的高阶结构函数标度。此外,这种缩放取决于是否在全局或局部参考系统中查看不透明度。这调和了看似矛盾的早期结果。另一方面,粘性阻尼湍流的不透明度标度是非常不同的,并且很难用通常的湍流不透明度唯象模型来理解。我们的剩余业绩与预期合理一致。首先,我们发现,我们的高分辨率模拟普通MHD湍流的能量谱是{ \it兼容}与Kolmogorov谱,而粘性阻尼湍流显示出一个浅的$k^{-1}$谱的磁波动。其次,一种新的数值方法证实,普通的MHD湍流表现出Goldreich-Sridhar型各向异性,而粘性阻尼MHD湍流表现出极端各向异性的涡结构。最后,我们表明,许多属性的不可压缩湍流的普通和粘性阻尼制度结转的情况下,可压缩湍流。
2003-07-03 astro-ph
Dust Motions Driven by MHD Turbulence
讨论了星际介质中磁流体湍流引起的相对颗粒运动。几十年来,人们已经知道湍流阻力是诱导颗粒相对运动的有效方式。然而,早期的治疗忽略了磁场,并使用柯尔莫哥洛夫湍流。与流体湍流不同,MHD湍流在小尺度上是各向异性的。此外,可压缩模式是重要的MHD和磁扰动可以直接与晶粒相互作用。我们提供了计算粮食相对运动的现实星际湍流驱动,是一致的扩散气体中观察到的速度色散和现实的粮食收费。我们考虑了由两极阻力引起的湍流截止。我们的结果是一致的,与习惯接受的截止粒度。我们得到的颗粒速度与HI和暗云中的参数一致的湍流。这些速度小于在早期的文件,其中MHD效应被忽略。最后,我们考虑粒子的速度所产生的光电发射,辐射压力和推力,由于分子氢的形成。这些都低于湍流引起的相对速度。我们的结论是,湍流应防止这些机制从隔离晶粒的大小。
2002-05-17 astro-ph
A review of the theory of incompressible MHD turbulence
这个简短的邀请审查提供了不可压缩磁流体动力学(MHD)湍流理论的关键思想的介绍。
2004-05-17 astro-ph
2D MHD modelling of compressible and heated coronal loops obtained via nonlinear separation of variables and compared to TRACE and SoHO observations
一个分析MHD模型的日冕循环与可压缩流,包括加热的观测数据进行了比较。该模型是通过一个系统的非线性分离变量的方法来计算几类精确的MHD平衡在笛卡尔几何和均匀重力。通过选择一个特别通用的解决方案类与一个大的参数空间,我们能够计算模型,其回路长度,形状,等离子体密度,温度和速度分布拟合与TRACE,SoHO/CDS和SoHO/SUMER观察到的回路。合成的排放曲线也计算和拟合所观察到的排放模式。本文分析讨论了洛伦兹力与气体压力梯度、重力和沿环和跨环作用的惯性力的二维平衡。这些模型是第一个包括一个完全一致的描述磁场,二维几何形状,等离子体密度和温度,流速和热力学的环路。一致计算的加热廓线主要受辐射损失的影响,受流动的影响,并且不对称地集中在上升流足点。
2003-03-17 astro-ph
Cosmic ray transport in MHD turbulence
磁流体动力学(MHD)湍流的最新进展,要求在宇宙线输运的图片修改。本文利用最近得到的MHD模的标度律,得到了宇宙射线的散射频率。我们占湍流截断所产生的碰撞和无碰撞阻尼。我们得到的散射率,并表明,快模式提供了占主导地位的贡献,宇宙射线散射的典型的星际条件下,尽管快模式进行阻尼。我们确定散射的效率如何取决于电离介质的特性,例如等离子体$β$。我们表明,流动的不稳定性被抑制的环境MHD湍流。
2005-05-28 astro-ph
Scaling, Intermittency and Decay of MHD Turbulence
我们讨论了一些最近的发展是重要的理解MHD湍流。首先,MHD湍流并不像人们通常认为的那样混乱。事实上,沿MHD叶栅的可压缩和不可压缩运动的强非线性耦合的概念是不成立的。Alfven,慢,快模式的MHD湍流遵循自己的级联,并表现出与理论预期一致的各向异性程度。第二,湍流的快速衰减与流体的可压缩性无关。可压缩运动和不可压缩运动的衰减速率非常相似。第三,中性粒子的粘性不能抑制部分电离气体中的MHD湍流。相反,磁流体动力学湍流发展磁级联的规模低于中性阻尼普通流体动力学运动的规模。第四,密度统计不像速度和磁场那样具有普遍性。例如,在小的马赫数下,密度是各向异性的,但在高的马赫数下,密度变为各向同性的。第五,磁场的不稳定性和速度是不同的。两者都取决于测量是在沿着局部磁场定向的局部参考系中还是在与平均磁场相关的全局参考系中进行。
2004-08-10 astro-ph
Density Statistics of Compressible MHD Turbulence
密度是最容易从观测中获得的湍流统计数据。不同的湍流区对应不同的密度谱。例如,与部分电离气体相关的MHD湍流的粘性阻尼区可以由浅的和非常各向异性的密度谱来表征。该光谱可导致柱密度的显著变化。解决MHD湍流的制度时,粘度在惯性范围内是不重要的,我们证明了与数值模拟,它是可能的,以重现所观察到的Kolmogorov谱的密度波动观察到的电离气体中通过测量flattillations和更浅的光谱,通过发射测量。我们发现,在超声速湍流的高密度峰占主导地位的浅各向同性频谱,而小规模的底层湍流,填充大部分的体积有柯尔莫哥洛夫频谱,并表现出尺度相关的各向异性。谱在湍流研究中的局限性促使人们寻找替代统计量。我们证明了一种称为“双谱”的措施可能是一个很有前途的工具。与谱不同,双谱保留了波的相位信息。
2008-01-01 astro-ph
Compressible MHD Turbulence: Implications for Molecular Cloud and Star Formation
本文综述了近年来星际介质和分子云中MHD湍流的数值模拟和相关模型的研究结果。我们讨论了湍流对云的形成和演化过程的影响,以及云的物理性质的确定。到目前为止,湍流ISM的数值模拟包括磁场、自引力、参数化加热和冷却、模拟恒星形成和其他湍流输入。形成的结构再现良好观察到的速度-尺寸标度特性,同时预测不存在一般的密度-尺寸标度律。总结了湍流压缩形成引力束缚结构的判据。对于具有状态方程$P\propto ρ^γ$的流动,密度场的统计依赖于指数$γ$。数值模拟的强制和衰减MHD可压缩湍流表明,衰减率是可比的非磁性的情况下。对于维里化云,湍流衰减时间比重力自由落体时间短,因此只有通过持续的湍流输入和/或强平均磁场才能防止云的大规模坍缩。最后,展望在这一领域的未来工作进行了简要的讨论。
1999-03-03 astro-ph
Wave Decay in MHD Turbulence
本文提出了一个三维不可压缩磁流体湍流中弱波非线性衰减的模型。我们表明,衰减率是不同的平行和垂直波。我们提供了一个任意方向的波的一般公式,并讨论在文献中已知的特定的限制情况。我们测试我们的预测与直接数值模拟的波衰减在三维MHD湍流,并讨论了湍流阻尼的发展的线性不稳定性的星际介质和其他重要的天体物理过程的影响。
2008-05-06 astro-ph
Dust Dynamics in Compressible MHD Turbulence
计算了星际磁流体动力学(MHD)湍流引起的颗粒-颗粒相对运动。MHD湍流包括流体运动和磁场涨落。当流体运动通过流体阻力加速颗粒时,电磁波动通过共振相互作用加速颗粒。我们考虑不可压缩(Alfvén)和压缩(快和慢)MHD模式,并使用Cho & Lazarian(2002)中获得的MHD湍流描述。颗粒相对运动的计算是现实的颗粒充电和星际湍流是一致的扩散气体中观察到的速度分散,包括切断各种阻尼过程的湍流。我们发现,快模式占主导地位的粮食加速,并可以驱动粮食超音速。颗粒也会被回旋共振相互作用散射,但对于以亚阿尔夫文速度运动的颗粒来说,散射不如加速度重要。由于晶粒优先以大的俯仰角加速,因此超声晶粒将与垂直于磁场的长轴对齐。我们比较了磁流体湍流产生的颗粒速度与光电发射、辐射压力和H $_{2}$推力产生的颗粒速度。我们发现,对于典型的星际条件下,湍流应该防止这些机制分离的小颗粒和大颗粒。最后,回转共振加速必然会使在冲击中进一步加速的颗粒预加速。冲击波中的颗粒间碰撞可能会导致银河系宇宙射线中难熔元素的过剩。
2004-08-10 astro-ph
Highly Compressible MHD Turbulence and Gravitational Collapse
我们研究了高度可压缩湍流的性质及其产生自引力结构的能力。可压缩性由有效多变指数gama-eff参数化。在小gama-eff的极限下,激波处的密度跃变为e^{M^2}的量级,非线性项产生的涡量似乎可以忽略不计。在存在自引力的情况下,我们认为当gama-eff < 2(1-1/n)时,湍流可以产生束缚结构,其中n是湍流压缩的典型维数。我们表明,通过数值模拟,对于足够小的伽马效应,小尺度湍流密度波动最终崩溃,即使介质是全球稳定的。在超临界质量通量比的磁场存在下,该结果得以保持。
1997-04-30 astro-ph
Weak compressible magnetohydrodynamic turbulence in the solar corona
这封信介绍了在低β等离子体中弱湍流阿尔芬波和快磁声波(“快波”)的功率谱的计算。结果表明,三波相互作用的能量转移到高频快波,并在较小程度上,高频阿尔芬波。因此,磁流体湍流是一种很有前途的机制,用于产生解释日冕中小离子各向异性加热所需的高频波。
2005-11-21 astro-ph
Simulations of Incompressible MHD Turbulence
本文模拟了强背景磁场作用下的不可压缩MHD湍流。我们的主要结论是:1)MHD湍流最方便地用反向传播的剪切Alfven波和慢波来描述。剪切Alfven波控制叶栅动力学。慢波起被动作用,并采用剪切阿尔芬波设置的频谱,被动标量也是如此。2)MHD湍流是各向异性的,能量沿k_perp比沿k_parallel级联得更快,其中k_perp和k_parallel是指垂直于和平行于局部磁场的波矢量分量。各向异性随着k_perp的增加而增加。3)MHD湍流一般是强的,因为组成它的波在与它们的周期相当的时间尺度上遭受单位阶失真。然而,与背景场相比,在惯性范围内的湍流波动很小。4)衰减的MHD湍流对于沿磁场在相反方向上传播的波的通量之间的不平衡的增加是不稳定的。5)第1-4项支持Goldreich & Sridhar(GS)的强MHD湍流模型。我们的模拟结果也与GS预测gamma=2/3一致。唯一值得注意的差异是,从我们的模拟确定的1D幂律谱E(k_perp)~ k_perp^{-alpha}表现出α ~ 3/2,而GS模型预测α = 5/3。
2001-03-07 astro-ph
From Small-Scale Dynamo to Isotropic MHD Turbulence
本文研究了无平均磁场、不可压缩、受迫、非螺旋、均匀、各向同性的MHD湍流问题。该问题与外部施加均匀平均场的情况有本质不同。在磁场和动能之间不存在阿尔芬波湍流那样的按尺度均分。各向同性MHD湍流是湍流发电机的终态,它产生具有小尺度方向反转的折叠场。我们建议,在各向同性MHD湍流的数值模拟中看到的统计数据可以解释为这些折叠场和Alfven-like波沿褶皱传播的叠加。
2004-12-01 astro-ph
A weak turbulence theory for incompressible MHD
本文导出了不可压MHD的弱湍流形式。三波相互作用导致一个系统的动力学方程的能量和螺旋度的谱密度。我们找到了动力学方程的能谱解。的频谱的常数精确计算,并发现依赖于速度和磁场之间的相关量。并与几种数值模拟和模型进行了比较。
2000-08-09 astro-ph
The Radio-FIR correlation: Is MHD Turbulence the Cause?
射电-远红外相关性是天文学中发现的最紧密的相关性之一.许多解释这种相关性的模型依赖于全球磁场强度与气体密度的关联。在这封信中,我们提出这种关联的物理原因在于磁流体动力学湍流过程。
2003-05-06 astro-ph
Systematic Construction of Exact 2-D MHD Equilibria with Steady, Compressible Flow in Cartesian Geometry and Uniform Gravity
本文提出了一种系统的方法来构造二维笛卡尔几何中可压缩流的磁流体动力学平衡。这种系统的方法已经在球面几何中得到了发展,并应用于模拟太阳和恒星风和外流(Vlahakis & Tsinganos,1998),但在这里是第一次在太阳大气的背景下在笛卡尔几何中推导出来。利用这种方法,我们找到了几类新的解,其中一些是已知解的推广,包括Kippenhahn & Schlüter(1957)和Hood & Anzer(1990)日珥模型和Tsinganos,Surlantzis & Priest(1993)带流动的日冕环模型,其中一些是全新的。在充分开发了该方法并总结了几类解决方案之后,我们将详细探讨其中一类来说明一般的构造方法。从一类新的解决方案,我们计算出两个类似的解决方案,其中之一是第一个精确的二维磁流体动力学平衡与trans-Alfvénic流。
2001-11-28 astro-ph
Self-Organized Criticality and Intermittent Turbulence in an MHD Current Sheet with a Threshold Instability
我们报告的数字证据的自组织临界性(SOC)和间歇性湍流(IT)共生的电阻磁流体动力学(MHD)电流片模型,包括一个本地滞后开关,以捕获等离子体物理过程的MHD外,在模型中描述为电流依赖的电阻率。数值模拟结果表明,磁能量耗散特性的SOC的无标度雪崩,以及多尺度的速度场数值上无法区分某些分层湍流理论。我们认为SOC和IT可能是驱动电流片实现的动力学状态的互补描述-这在天体物理和空间等离子体中无处不在。
2009-01-08 astro-ph
Magnetic turbulence in compressible fluids
本文对可压缩磁流体动力学(MHD)湍流进行了高分辨率数值模拟。我们集中研究速度和密度的谱和各向异性。我们描述了一种分离不同的磁流体动力学(MHD)模式(慢,快和阿尔芬)的技术,并将其应用到我们的模拟。对于轻度超声速情况,速度和密度显示各向异性。然而,对于高度超音速的情况下,我们观察到的慢模式速度谱和各向同性的密度陡峭。我们目前的研究表明,密度谱得到实质上{ \it平坦}比柯尔莫哥洛夫之一。
2004-11-01 astro-ph
The Anisotropy of Electron MHD Turbulence
本文对三维电子磁流体动力学(EMHD)湍流进行了数值研究。本文研究了零电子趋肤深度自由衰减强EMHD湍流的级联时标和各向异性。使用$k^{-4/3}$级联时标。我们的数值结果清楚地表明尺度相关的各向异性。我们讨论了观测到的各向异性与$k_{\|} \propto k_{\perp}^{1/3}$一致,其中$k_{\|}$和$k_{\perp}$分别是平行于和垂直于(局部)平均磁场的波数.
2004-06-25 astro-ph
Compressible Sub-Alfvenic MHD turbulence in Low-beta Plasmas
本文提出了一个低β等离子体中可压缩亚阿尔芬等温磁流体动力学(MHD)湍流模型,并对其进行了数值检验,将MHD湍流分为三个不同的族--阿尔芬模、慢模和快模。我们发现,由Alfvenic湍流产生的慢模和快模被抑制。结果表明,在可压缩区域中的阿尔芬模式表现出与不可压缩区域相似的标度性和各向异性。慢模式被动地模仿阿尔芬模式。然而,快模式显示出各向同性和类似于声湍流的缩放。
2002-05-17 astro-ph physics.flu-dyn physics.geo-ph
The Properties of Compressible MHD and Cosmic Ray Transport
湍流是天体物理流动最常见的状态。在典型的天体物理流体中,湍流伴随着强磁场,这对湍流级联的动力学有很大的影响。近年来,磁流体动力学(MHD)湍流理论取得了重大突破。这是我们第一次有一个尺度模型,是由观测和数值模拟支持。本文综述了不可压缩湍流和可压缩湍流的研究进展。我们比较Iroshnikov-Kraichnan和Goldreich-Sridhar模型,并讨论阿尔芬,慢,快波的标度。我们讨论了这一新的见解的影响,MHD湍流宇宙线运输。
2002-11-22 astro-ph physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Structure Function Scaling in Compressible Super-Alfvenic MHD Turbulence
磁化气体的超音速湍流被认为在星系中恒星形成云的动力学中起着重要的作用。理解这种流动的统计特性对于发展恒星形成理论至关重要。在这封信中,我们提出了一个统一的方法来获得速度标度在可压缩和超Alfvénic湍流,有效的任意音速马赫数,\ms。我们证明了与数值模拟的缩放可以描述的She-Lévêque形式主义,其中只有一个参数,解释为最激烈的耗散结构的Hausdorff尺寸,需要作为\ms的函数而变化。因此,我们的结果提供了一种方法,一旦他们的马赫数已从观测推断出星际云的速度标度。
2004-05-31 astro-ph nlin.CD physics.flu-dyn
Gravitational Radiation from Primordial Helical MHD Turbulence
本文研究了在电弱相变(EWPT)中由气泡碰撞产生的原始逆级联螺旋磁流体动力学(MHD)湍流所产生的引力波(GW)。与未磁化EWPT的情况相比,MHD湍流产生的GWs的频谱峰值在较低的频率和较大的振幅,可以检测到拟议的激光干涉仪空间天线(LISA)。
2008-05-15 astro-ph gr-qc hep-ph
Dynamic Alignment and Exact Scaling Laws in MHD Turbulence
磁流体动力学(MHD)湍流是天体物理系统中普遍存在的现象。最近的高分辨率数值模拟表明,强不可压MHD湍流的能谱是$E(k_{\perp})\propto k_{\perp}^{-3/2}$。到目前为止,还没有一个唯象理论能同时解释这种谱,并满足Politano和Pouquet的MHD湍流的精确解析关系。事实上,波利塔诺-普凯关系经常被用来表明MHD湍流的谱具有柯尔莫哥洛夫标度-5/3。利用几何参数和数值试验,我们分析了这一看似矛盾的现象,并证明了最近在MHD湍流中发现的尺度相关的动态对准现象与-3/2标度和Politano-Pouquet关系是一致的。
2009-06-16 astro-ph nlin.CD physics.flu-dyn
Compressible Magnetohydrodynamic Turbulence: mode coupling, scaling relations, anisotropy, new regime and astrophysical implications
我们提出了数值模拟和探索可压缩磁流体动力学(MHD)湍流的标度和各向异性。我们的研究涵盖了在不同的马赫数的气体压力为主(高β)和磁为主(低β)等离子体。此外,我们提出了superAlfvenic湍流的结果,并讨论在何种方式下,它是类似于subAlfvenic湍流。我们描述了一种分离不同的磁流体动力学(MHD)模式(慢,快和阿尔芬)的技术,并将其应用到我们的模拟。结果表明,在高β和低β情况下,Alfven模和慢模都具有Kolmogorov谱(指数=-5/3)和尺度相关的Goldreich-Sridhar各向异性,而快模具有指数=-3/2和各向同性的谱.本文讨论了在不同区域由MHD湍流引起的密度涨落的统计特性。我们的发现涉及许多天体物理学的含义,从宇宙射线传播到伽马射线暴和恒星形成。特别是,我们表明,早期研究人员报道的湍流的快速衰减是不相关的压缩性和模式耦合MHD湍流。此外,我们发现,磁场增强和密度增强是轻微相关的。在AU尺度上解决部分电离星际气体的密度结构,我们表明,新的制度的MHD湍流,我们以前报告的不可压缩流持续可压缩湍流,因此可能会提供一个解释这些神秘的结构。
2003-07-03 astro-ph physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Towards a Simple Model of Compressible Alfvenic Turbulence
本文研究了磁化系统中一个简单的无碰撞、耗散、可压缩MHD湍流模型。与更熟悉的湍流范例相反,耗散来自朗道阻尼,通过非线性进入,并分布在所有尺度上。该理论预测,两个不同的制度或阶段的湍流是可能的,这取决于陡峭的阻尼系数(m_1/m_2)的比率。对于强阻尼(|m_1/m_2| <1),预测了平滑的流体动力学湍流的状态。为|m_1/m_2|>1,在水动力极限下不存在稳态湍流。相反,预测的是尖峰状的小尺度结构。
1997-07-26 adap-org astro-ph nlin.AO
Mean magnetic field renormalization and Kolmogorov's energy spectrum in MHD turbulence
本文对MHD湍流构造了一个自洽的重整化群方法,在该方法中,小波数模被平均掉,得到了大波数下的有效平均磁场。在该方案中,平均磁场标度为$k^{-1/3}$,而能谱标度为$k^{-5/3}$,类似于流体湍流。我们还推导出级联率的大小随平均磁场强度的增加而减小。
1998-03-15 astro-ph chao-dyn cond-mat