Origin of Galactic and Extragalactic Magnetic Fields
各种各样的观测表明，所有星系和星系团中都存在磁场。这些场的特征是强度适中（10^{-7}-10 ^{-5} G）和空间尺度巨大（~Mpc）。一般认为，旋涡星系中的磁场是由差速旋转和螺旋湍流的共同作用产生的，这一过程被称为α-ω发电机。然而，关于发电机的性质以及启动发电机所必需的种子田的来源的基本问题仍然不清楚。此外，标准的α-ω发电机并不能解释椭圆星系和星系团中磁场的存在。作者总结了已知的观测有关磁场在星系，星系团，超星系团，和超越。然后，他回顾了标准的发电机范式，对它提出的挑战，以及几个替代方案。最后，他讨论了天体物理学和早期宇宙的种子田候选人。
2002-07-11 astro-ph
Origin of coherent magnetic fields in high redshift objects
星系中的大尺度强磁场通常被认为是由平均场发电机产生的。为了产生观察到的磁场，发电机必须运行足够长的时间。然而，在高红移星系中观测到的磁场的强度和尺度与我们银河系中的磁场相似，在那里平均场发电机没有足够的时间来产生观测到的磁场。而不是一个平均场发电机，我们研究的出现强烈的大尺度磁场在宇宙中形成的第一个对象，由于行动或湍流，螺旋随机发电机，红移$5 \leq z \leq 10$。由于气体的低电离水平，双极漂移在此过程中起着重要作用，允许大规模随机发电机运行。我们考虑到高红移物体的物理学的不确定性，通过检查一系列的参数，表征湍流等离子体的值。通过数值积分的磁场相关性的非线性演化方程，我们表明，在考虑的时间间隔的参数的合理值，字段可以增长到高强度（$\sim 10^{-6}$ G），与大的相干长度（$\sim 2-6$ kpc），基本上独立的初始值的磁场。
2004-03-15 astro-ph
Magnetic helicity and cosmological magnetic field
磁螺旋度在星系发电机的非线性饱和中具有重要意义。我们认为，在早期宇宙演化的轻子阶段，磁螺旋度守恒被破坏。因此，作为银河发电机种子的宇宙学磁场从一开始就具有相当大的磁螺旋度，这在银河发电机后期的磁螺旋度平衡中必须考虑。
2005-04-07 astro-ph hep-ph
Turbulence and Magnetic Fields in the Large Scale Structure of the Universe
星系际空间湍流和磁场的性质和起源是尚待了解的重要问题。我们提出了一个方案，其中湍流运动诱导通过级联的涡产生的宇宙冲击过程中的大尺度结构的形成。湍流反过来又放大了任何来源的弱种子磁场。超级计算机模拟表明，湍流在星系团/星系群内是亚音速的，而在细丝中则是跨音速或轻度超音速的。基于湍流发电机模型，我们估计，平均磁场强度将是几个微高斯内集群/组，约0.1微高斯集群/组周围，约10纳米高斯的细丝。我们的模型给出了宇宙大尺度结构中引力能转化为湍流和磁场能的物理机制。
2008-05-16 astro-ph
Evolution of magnetic fields in galaxies and future observational tests with the Square Kilometre Array
目标。本文根据现有的星系形成和演化模型，研究了星系中大小尺度磁场的宇宙学演化。方法.我们用发电机理论导出了盘星系和膨胀星系中磁场的放大和有序化的时间尺度。原星系晕中由热维里化产生的湍流可以驱动一个有效的湍流发电机。层次结构形成宇宙学的模拟结果提供了一个工具，以发展一个演化模型的规则磁场耦合星系形成和演化。结果湍流（小尺度）发电机能够在几个10^8年内将原星系晕中的微弱种子磁场放大到几μ G的强度。这个湍流场是平均场（大尺度）发电机的种子。类似于银河系的星系在z~10处形成了它们的圆盘，并且在2 Gyr（z~3处）内产生了muG强度和几kpc相干长度的规则场，但是在星系大小的相干尺度上的场排序需要额外的6 Gyr（z~0.5处）。巨大的星系在z~10时形成了它们的盘，这使得在z~4时就能更有效地产生强规则场（相干长度为kpc）。然而，宇宙的年龄对于大于15 kpc的巨大星系中的完全相干场来说是短暂的。矮星系应该在z~1处拥有完全相干的场。在一次主要的合并之后，湍流场的强度增强了几倍。结论.这种进化的情况下，可以测试偏振同步辐射和法拉第旋转与计划SKA的测量。我们预言星系大小与有序尺度和星系大小之比之间存在着一个近似的关系。
2008-11-18 astro-ph
Galactic Magnetic Fields as a consequence of Inflation
在早期宇宙中的磁场的产生被认为是由于在暴胀过程中的Z玻色子场的引力产生。按星系形成时期的尺度，这个磁场足以触发星系发电机，并解释观测到的星系磁场。该机制独立于暴胀模型。
2001-05-28 astro-ph
Resonant amplification of magnetic seed fields by gravitational waves in the early universe
众所周知，暴胀会产生引力波和种子磁场，其规模远远超过视界的大小。在暴胀结束时，这两个源之间的广义相对论相互作用显示出初始磁性种子的显著放大，这使得后者处于目前公认的发电机极限之内。在这篇文章中，我们重新审视了这种引力-磁相互作用，并认为所观察到的磁场的强烈增长是共振的结果。更具体地说，我们表明，最大的磁助推总是发生在诱导引力辐射的波长和原始种子场的规模相一致。我们还仔细研究了所提出的麦克斯韦-外尔耦合的物理学，考虑了有限电导率对放大机制效率的影响，并进一步阐明了数学分析。
2005-11-30 astro-ph gr-qc
Relaxing the Bounds on Primordial Magnetic Seed Fields
我们指出，在一个开放的宇宙或一个积极的宇宙学常数的宇宙中，所需的种子银河发电机的原始磁场的下限显着放宽。结果表明，在合理的宇宙学参数下，星系形成时强度为10^{-30}高斯或更小的原始种子场可以解释观测到的星系磁场。因此，先前被排除的原始磁性种子场产生机制很可能是可行的。我们还评论了高红移星系中微高斯磁场观测的意义。
1999-04-02 astro-ph hep-ph
Magnetohydrodynamics of the Early Universe and the Evolution of Primordial Magnetic Fields
我们表明，衰减的磁流体动力学湍流导致更快的增长的原始磁场的相关长度比宇宙膨胀所造成的。作为一个例子，我们考虑在电弱相变过程中产生的磁场。宇宙膨胀本身将产生1 AU的相关长度在目前的时代，而我们发现，相关长度可能是100 AU的顺序，不可能比$10^4$ AU的非螺旋字段。如果原始场是强螺旋的，关联长度可以大得多，但我们表明，即使在这种情况下，它不能超过100 pc。所有这些估计使人们很难相信观测到的银河系磁场是由标准银河系发电机在电弱相变时产生的种子场放大而产生的。
1998-07-24 astro-ph chao-dyn hep-ph
Cosmological Magnetogenesis driven by Radiation Pressure
大尺度宇宙磁场的起源一直是个谜，尽管人们一直在努力解决这个问题。我们提出了一个新的磁场产生模型，基于各向异性和不均匀的辐射压力提供的局部电荷分离。在宇宙学的背景下，我们探索的过程发生在宇宙再电离的时代。在简单的假设下，我们得到的结果（i）在大尺度上产生的场的数量级和（ii）在其功率谱方面。所获得的振幅（B ~ 8.10^（-6）微高斯）比通常的磁成因模型中获得的振幅高得多，并且为在结构形成期间通过绝热塌缩和/或发电机进行放大提供了合适的种子。
2002-12-04 astro-ph
The Evolution of Cosmic Magnetic Fields: From the Very Early Universe, to Recombination, to the Present
本文详细研究了从宇宙高温到现在的随机磁场的演化。一个简单的分析模型匹配的三维MHD模拟的结果，可以预测当今的磁场相关长度和能量。我们的结论是多方面的。(a)最初的原始领域，只有少量的螺旋演变成最大的螺旋领域。(b)磁场的强度B在其谱的峰值处与峰值的位置之间存在相关性，在当前时期由下式给出：B ~ 5 × 10 ^{-12}（L/kpc）高斯，其中L是由初始磁场确定的相关长度。(c)关于由B~10^{-9}高斯的~ 10 Mpc尺度的原始磁场产生宇宙微波背景（CMBR）各向异性的研究，这种场不仅不可能在早期的因果磁生情景中产生，而且由于小尺度磁场耗散和星系团磁场的过度产生而使CMBR谱的畸变似乎也排除了这种场的产生。(d)由于原始磁场引起的CMBR失真的最有希望的检测可能性可能是在更高的多极子l~ 10 ^6处的小得多的尺度上，其中预测信号是最强的。(e)星系团中的磁场似乎完全有可能是原始的，而不需要发电机放大。这样的场（坍缩前）强度为10^{-12} - 10^{-11}高斯，相关长度在kpc范围内，并且也存在于星系的空洞中。
2004-10-01 astro-ph
Primordial Magnetic Fields
对观测到的银河系磁场的解释可能需要原始磁场的存在。这样的场可能出现在早期宇宙学的相变中，或者是因为这里回顾的极早期宇宙中的其他粒子物理学相关现象。初始的，随机波动的微观领域的大尺度宏观领域的湍流演化可以描述在壳模型，它提供了一个近似完整的磁流体力学。结果表明，有一个反向级联的磁能，从而增加了许多数量级的磁场的相干性。因此，按照银河系磁场的发电机解释的要求，在原星系尺度上，宇宙学种子场的数量级大致为$10^{-20}$ G，这似乎是合理的。
1998-03-17 astro-ph
Generation of Cosmological Seed Magnetic Fields from Inflation with Cutoff
暴胀有可能为今天观测到的银河系磁场埋下种子。然而，在暴胀期间电磁场的量子涨落的放大存在一个障碍：即电磁理论在共形平坦的基础几何上的共形不变性。由于优选的最小长度的存在破坏了背景几何形状的共形不变性，因此这种效应可能会产生一些电磁场放大。我们表明，这种情况相当于在暴胀过程中赋予光子一个大的负质量。在辐射和物质主导的宇宙中，这个有效质量小得可以忽略不计。根据该理论的自由参数的值，我们表明，所需的种子发电机机制可以产生。我们还表明，这种机制可以产生所需的银河磁场，而不诉诸发电机机制。
2005-05-16 astro-ph gr-qc hep-th
The Origin and Evolution of Cosmic Magnetism
磁性是四种基本力之一。然而，恒星、星系和星系团中磁场的起源是天体物理学和基础物理学中的一个悬而未决的问题。第一个领域是何时以及如何产生的？现代的磁场是发电机作用的结果，还是代表了持久的原始磁性？磁场在湍流、宇宙射线加速和星系形成中扮演什么角色？在这里，我们展示了平方公里阵列（SKA）如何提供新的数据，这些数据将直接解决这些目前尚未解决的问题。我们提出的大部分内容都是基于对旋转测量的全天巡天，其中法拉第旋转朝向>10^7背景源将为探测银河系、附近星系、遥远星系、星系团和原星系中的磁性提供密集的网格。利用这些数据，我们可以绘制出从红移z>3到现在的磁化结构的演化，可以区分星系中种子磁场的不同起源，并可以开发星系际介质和整个宇宙的磁场几何形状的详细模型。凭借SKA前所未有的能力，磁宇宙的窗口终于可以打开了。
2004-09-09 astro-ph
Strong magnetic fields in normal galaxies at high redshifts
星系中磁场的起源和增长仍然是个谜。人们通常认为，种子田随着时间的推移通过发电机效应被放大，但在时间尺度上几乎没有限制。最近的研究表明，通过对遥远类星体的旋转测量所追踪到的场强与今天看到的场强相当，但尚不清楚高场强是在类星体本身的奇异环境中还是沿着视线分布。在这里，我们表明，类星体与强镁II吸收线明确地与较大的旋转措施。由于MgII吸收发生在沿着类星体视线的正常星系的晕中，这种关联要求当宇宙只有现在年龄的三分之一时，具有惊人高强度的有组织场与正常星系相关联。
2008-07-21 astro-ph
Seed perturbations for primordial magnetic fields from MSSM flat directions
我们证明了MSSM平坦方向可以自然地解释早期宇宙中的种子磁场。MSSM平坦方向凝聚体的非零真空期望值为规范场提供了质量，从而破坏了共形不变性。在暴胀期间，凝聚物受到空间扰动，$SU(2) x U(1)_Y$规范电流与（超）磁场一起产生。当这些长波长的矢量扰动重新进入我们的视界时，它们会产生幅度为$10^{-30}$高斯的$U(1)_{em}$磁场，这是发电机机制所要求的。
2004-04-29 astro-ph hep-ph hep-th
Lepton MHD and magnetic field generation in SM
本文导出了描述含中微子稠密等离子体演化的SM MHD方程组。首先，这是做一个热对等离子体组成的电子和正电子，中微子和反中微子的所有口味的各向同性介质中的早期宇宙等离子体在轻子阶段。然后，我们发现如何轴向矢量电流违反宇称SM有助于磁流体的轻微极化（各向异性）等离子体的平均磁场的放大的一种新的机制出现由于集体中微子等离子体相互作用，而不是假设的不对称的流体速度涡导致相同的效果的$α^2$ -发电机。
2004-03-09 astro-ph hep-ph
Speculations on Primordial Magnetic Helicity
我们推测，以上或略低于电弱相变磁场产生的净螺旋度（否则说，陈-西蒙斯项）的数量级为$N_B + N_L$，其中$N_{B,L}$是重子或轻子数今天。(To更精确的计算需要比我们目前拥有的更多的关于B，L生成机制的知识。电磁螺旋度的产生与通过B+L异常产生的电弱Chern-Simons数（间接）有关。这种螺旋度在早期宇宙中比在没有B+L破坏的情况下仅从波动中预期的要大30个数量级，应该在宇宙演化到物质主导和去耦的时候相当好地守恒，因为早期宇宙是一个优秀的导体。可能的结果包括早期结构的形成;宇宙磁场中CP破坏的宏观表现（至少在原则上是可测量的，如果不是在实践中）;和一个逆级联发电机机制，其中磁场和螺旋度是不稳定的转移到越来越大的空间尺度。我们给出了广义相对论MHD逆级联不稳定性的准线性处理，发现螺旋度的假设幅度的大幅增长到尺度$\sim l_Mε^{-1}$，其中$ε$大致是B+L光子比和$l_M$是磁相关长度。我们还进一步阐述了作者早先提出的关于在EW相变上方产生磁场的建议。
1997-04-03 astro-ph hep-th
Vacuum polarization and photon mass in inflation
我们给出了一个教学审查的机制，通过长波长的光子可以成为大量的通货膨胀。我们的叙述开始于对被称为通货膨胀的指数快速扩张时期的讨论。接下来，我们将描述当宇宙不膨胀时，带电粒子场的量子涨落如何导致甚至空的空间也表现为可极化的介质。这是经常观察到的真空极化现象。我们证明了低质量标量场的量子涨落在暴胀过程中被极大地放大。如果这些场中的一个是带电的，那么平坦空间的真空极化效应就会加强到长波长光子获得质量的程度。我们的结果表明，这个质量同意一个简单的模型中出现的大量光子电动力学Proca从应用哈特里近似标量量子电动力学在通货膨胀。今天还没有测量到巨大的光子质量，因为最初的暴胀阶段在宇宙只有几分之一秒的时候就结束了。然而，大光子质量时代遗留下来的零点能量可能在后暴胀宇宙时期以非常微弱但具有宇宙尺度的磁场形式存在。有人认为，这些小的种子场被发电机机制放大，产生了在星系和星系团中观察到的微高斯磁场。
2003-06-15 astro-ph gr-qc hep-ph
Seed Magnetic Fields Generated by Primordial Supernova Explosions
星系中磁场的起源是天体物理学中的一个悬而未决的问题。已经提出了几种机制，一般来说，与发电机机制放大的小种子田的产生有关。一般来说，这些机制难以同时满足磁场的足够高强度和必要的大相干尺度的要求。我们表明，在Miranda和Opher（1996，1997）关于宇宙大尺度结构形成的多重爆炸情景中，致密和湍流的物质壳层的形成可以自然地作为产生磁场的种子。在第三星族天体的坍缩和爆炸过程中，可以自然地建立一个与密度梯度不平行的温度梯度，通过比尔曼电池机制产生一个种子磁场。我们表明，种子磁场$\sim 10^{-12}-10^{-14}G$可以产生在这个多爆炸的情况下的星系团的顺序（与相干长度$L\sim 1.8Mpc$）的尺度上，并高达$\sim 4.5\times 10^{-10}G$的星系尺度（$L\sim 100 kpc$）。
1998-08-15 astro-ph
Magnetic Fields from Phase Transitions
讨论了宇宙学相变产生的原始磁场，特别注意电弱跃迁和已提出的“平均”场的各种定义。它强调，只有体积平均动力学意义的种子银河发电机。在因果关系和能量守恒的相当一般的理由，它表明，在没有MHD效应，转移功率在磁场中从小到大的尺度，过程中发生的电弱过渡不能产生强于$10^{-20}$高斯场的规模为0.5兆秒差距。然而，这个上限是不可能达到的，因为它需要宇宙中所有的能量都变成一个在视界尺度上相干的磁场。因此，非线性磁流体效应似乎是必要的，如果电弱过渡是创造一个原始的种子场。
1997-08-04 astro-ph hep-ph
The Square Kilometre Array: A new probe of cosmic magnetism
磁场是许多天体物理现象的基本组成部分，但磁场的演化、结构和起源仍然是物理学和天体物理学中尚未解决的问题。第一个领域是何时以及如何产生的？现代的磁场是标准发电机作用的结果，还是通过其他过程快速或近期的磁场放大？磁场在湍流、宇宙射线加速和结构形成中扮演什么角色？我解释了平方公里阵列（SKA），下一代射电望远镜，如何提供惊人的新数据集，将解决这些目前悬而未决的问题。这些实验的基础将是对旋转测量的全天巡天，其中朝向>10^7背景源的法拉第旋转将为探测银河系、邻近星系、遥远星系、星系团和原星系中的磁性提供密集的网格。利用这些数据，我们可以绘制出从红移z > 3到现在的磁化结构的演化图，可以区分星系中种子磁场的不同起源，并可以建立星系际介质和整个宇宙的磁场几何形状的详细模型。此外，SKA肯定会发现超出我们目前预测或想象的新的磁现象。
2006-03-02 astro-ph
Protogalactic Extension of the Parker Bound
本文推广了磁单极子星系通量$\cal F$的Parker界。通过要求一个小的初始种子场必须在原星系坍缩后幸存下来，在任何再生发电机效应变得显著之前，我们开发了一个更强的约束。最初的银河系种子场$\leq 10^{-9}$ G的生存和持续增长需要${\cal F} \leq 5 \times 10^{-21} (m/10^{17} {GeV}) {cm}^{-2} {sec}^{-1} {sr}^{-1}$。对于一个给定的质量，这个界限是四个半数量级更严格的比以前的“扩展帕克边界”，但更投机，因为它取决于假设的行为磁场在原星系崩溃。对于不接近宇宙的单极子（$Ω_m <1$），现在允许的最大通量是$8 \times 10^{-19}$ cm^{-2} s^{-1} sr^{-1}，比扩展的帕克界限允许的最大通量低150倍。
1999-11-05 astro-ph hep-ph
Natural Magnetogenesis from Inflation
我们考虑了标准模型中的大质量Z玻色子场在暴胀过程中由于共形不变性的自然破缺而产生的引力。暴胀结束时的电弱对称性恢复使几乎标度不变的超视界Z谱变为超磁场，超磁场在电弱相变时转变为规则磁场。该机制是通用的，并显示出产生的超视界光谱的形式B~1/L的长度尺度L的暴胀模型的选择无关。尺度到星系形成的时代，这样的场足以触发银河发电机和解释观察到的银河磁场的情况下，空间平坦，暗能量占主导地位的宇宙与大统一尺度的膨胀。还研究了通过预热进一步放大所产生的场的可能性。为此，我们研究了具有翻转SU（5）大统一对称群的超对称混合暴胀模型。
2001-08-06 astro-ph hep-ph
Magnetic Field Seeding by Galactic Winds
星系际磁场的起源至今仍是一个谜，目前已提出了几种假说：原始相变、结构形成冲击和星系外流。在这项工作中，我们调查如何有效地银河风可以提供一个强烈的和广泛的“种子”磁化。这可以用来解释今天在星系团和星系际介质（IGM）中观察到的磁场。我们使用半解析模拟的磁化银河风耦合到高分辨率N体模拟的结构形成，以估计下限和上限的IGM的一部分，可以磁化到指定的水平。我们发现银河风能够在宇宙体积的很大一部分中产生磁场。大多数受风影响的区域的磁场在-12 < Log B < -8 G的范围内，而更高的种子场只有在非常接近风吹星系的情况下才能获得。这些种子场是足够强烈的一个中等效率的湍流发电机，以放大它们的观测值。磁化区域的体积填充因子强烈地依赖于风从环境介质加载质量的效率。然而，风永远不会完全充满整个宇宙，即使在z=0时，也可以在宇宙空隙和不受反馈影响的区域中找到原始气体。这意味着，在原则上，有可能探测到这些地区是否存在原始磁场。
2006-04-21 astro-ph
Generation of the Primordial Magnetic Fields during Cosmological Reionization
我们调查的产生磁场的Biermann电池在宇宙学电离锋，使用新的模拟宇宙的再电离的恒星在原星系。两种机制主要负责磁生：i）从原星系爆发的I-前线，和ii）通过高密度中性丝，这是宇宙网的一部分，I-前线的传播。第一种机制在电离区域（z ~ 7）重叠之前占主导地位，而第二种机制甚至在该时期之后继续运行。然而，在重叠之后，场强的增加主要是由于宇宙结构形成时发生的气体压缩。因此，z ~ 5处的磁场紧密地跟踪气体密度，并且在兆秒差距尺度上是高度有序的。模拟箱中的平均质量加权场强为B_0 ~ 10^{-19} G。B_0与维里化天体的重子质量之间存在一个相对明确的、接近线性的相关关系，在我们的模拟中，质量最大的天体（M ~ 10^9 M_sun）的B_0 ~ 10^{-18} G。这是一个下限，因为缺乏数值分辨率使我们无法跟踪可能放大原星系场的小尺度动力学过程。虽然我们计算的磁场强度可能足以作为银河发电机的种子场，但磁场太小，不会对星系形成、热传导或星系际介质中的宇宙射线传输产生重大影响。不过，可以通过基于伽马射线暴光子到达时间分析的创新方法，在星系际介质中观测到它。
2000-03-23 astro-ph
