A class of exact MHD models for astrophysical jets
本文研究了一类新的精确的和自洽的MHD解，它描述了一个磁化的和旋转的中心物体的大气中的稳定的和轴对称的流体磁流出，该物体可能带有一个轨道吸积盘。等离子体由热压力梯度以及磁旋转器和辐射力驱动以对抗重力。在Alfvenic和快速临界点，应用适当的临界条件。流出开始几乎径向，但在阿尔芬过渡和快速临界面之前遇到的磁箍缩力弯曲的极向流线成圆柱形射流型的形状。射流的终端速度、阿尔芬数、横截面积以及其最终压力和密度在距源较远的距离处获得均匀的值。研究的目的是给出一个分析讨论的二维相互作用的热压梯度，重力，洛伦兹力和惯性力在加速和准直的磁流体动力学流。模型的参数研究也给出了，以及其适用性的一个简单的草图，从各种天体物理对象的准直流出的自洽建模。{The分析的模型成功地给出了第一次一个精确的和自洽的MHD解喷流型流出从恒星表面延伸到无限远，它可以是超快的，在协议的MHD因果关系原则。
1999-02-05 astro-ph
A 3D MHD model of astrophysical flows: algorithms, tests and parallelisation
本文描述了一种用于模拟不同类型的三维天体物理流的数值方法。我们的方法是一个标准的显式有限差分法采用局部剪切盒技术。为了模拟天体物理系统的特征，这些特征通常是可压缩的、磁化的和湍流的，期望具有高空间分辨率和大域尺寸，以在不同尺度上在特定系统内模拟尽可能多的特征。此外，所涉及的时间尺度通常是广泛的，也需要大量的CPU时间。这两个限制（分辨率和时间尺度）对计算能力施加了巨大的限制。因此，我们开发的模型使用并行算法来提高标准串行方法的性能。本文的目的是报告的数值方法，我们使用的技术调用并行代码。这些方法的合理性由本文提供的大量试验给出。
2001-02-05 astro-ph
Relativistic MHD jets and the GRBs
高速高准直等离子体束--喷流--是不同能量和空间尺度的天体物理源中的普遍现象。天体物理学喷流形成的常见MHD方案允许通过喷流磁化的缩放来描述不同的喷流源。本文应用MHD喷流理论计算伽玛暴参数，发现伽玛暴的超相对论运动和强准直等主要特征确实可以得到解释。其他的，像伽玛射线暴的时间变化和双模态伽玛射线暴持续时间是超出了MHD的描述。
2002-11-04 astro-ph
MHD Turbulence: Scaling Laws and Astrophysical Implications
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。我们比较了Iroshnikov-Kraichnan和Goldreich-Sridhar模型，并讨论了Alfvén，慢波和快波的标度。我们还讨论了全新的制度下发生的MHD湍流的尺度下，流体动力学湍流运动阻尼的粘性。在部分电离的弥漫星际气体的情况下，粘性是由于中性和截断湍流级联在$\sim$秒差距尺度。我们表明，在这个尺度下，磁波动与浅谱持续和讨论的可能性后，离子和中性粒子去耦恢复的MHD级联。我们讨论了这一新的洞察力的宇宙线输运，晶粒动力学等MHD湍流的影响，以及如何检验理论预测与观测结果。
2002-05-17 astro-ph physics.ao-ph physics.flu-dyn
An Unsplit Godunov Method for Ideal MHD via Constrained Transport in Three Dimensions
我们提出了一个单步的，二阶精度的理想MHD的Goddom格式，这是一个扩展的方法由Gardiner和Stone（2005年）描述的三维。该算法结合了Colella的用于多维积分的角点传输迎风（CTU）方法和用于保持磁场上的无发散约束的约束传输（CT）算法。我们描述了三维理想MHD的PPM界面态的计算，它必须包括多维的“MHD源项”，并自然地尊重隐含在这些项中的平衡的${\bf\nabla\cdot B}=0$条件。我们比较了两种不同形式的CTU集成算法，需要6-或12-解决方案的黎曼问题，每细胞每时间步，并提出了详细的描述6-解决算法。最后，我们提出了解决方案的测试问题，以证明该算法的准确性和鲁棒性。
2007-12-17 astro-ph
Ideal MHD solution to the $σ$ problem in Crab-like pulsar winds and general asymptotic analysis of magnetized outflows
利用相对论性、定常、轴对称、理想磁流体力学（MHD）理论，通过求解沿流场方向和跨场方向的动量方程，分析了脉冲星风的超阿尔文区。采用自相似模型，我们证明了理想MHD可以解释从高（>>1）到低（<<1）的$σ$，坡印廷物质的能量通量比的值的全部加速度。该解决方案还显示了从载流到返回电流制度的过渡，部分满足电流闭合条件。我们讨论的理想MHD制度的基础附近的边界条件是必要的，以便有所需的过渡，从高到低的$σ$在现实的距离，并认为这是一个可能的情况下，赤道风。检查的MHD渐近一般，我们扩展了Heyvaerts和诺曼和Chiueh，李，Begelman的分析，包括两个新的元素：类的准圆锥和抛物线场线形状，不排除一个有效的和更快的比对数加速，和过渡$σ=σ_c$之后，离心力（极向和方位角）是占主导地位的条款在transfield力平衡方程。
2003-09-10 astro-ph
Long Term Simulations Of Astrophysical Jets; Energy Structure and Quasi-Periodic Ejection
我们尽可能长时间地进行了自洽的2.5维非定常MHD数值模拟，包括吸积盘的动力学。虽然以往的非定常MHD模拟揭示了非定常喷流与定常喷流相似的特征，但与观测到的喷流时间尺度相比，这些模拟的计算时间非常短。因此，我们已经调查了长期演化的质量吸积率，质量流出率，喷流速度，和各种能量通量。我们发现射流的喷射是准周期性的。喷射的周期与初始磁场被扭曲以产生环形场所需的时间有关。我们比较我们的结果与稳态理论和以前的2.5维非稳态MHD模拟。
2007-04-23 astro-ph
Towards a New Standard Theory for Astrophysical Disk Accretion
本文简要回顾了黑洞吸积盘理论的最新进展，着重讨论了磁流体力学（MHD）应力在角动量输运中所起的重要作用。与吸积相关的外流现象的明显普遍性是一个强有力的指标，即大规模MHD扭矩的角动量的垂直运输是重要的，甚至可能主导小规模MHD湍流的径向运输。这导致角动量传输的整体速率增强，并允许物质以有趣的速率进行吸积。此外，我们认为，当垂直输运是重要的，径向结构的吸积盘被修改，这会影响磁盘发射光谱。我们提出了一个简单的模型，证明了充满活力的，磁驱动的外流引起的磁盘频谱，是暗淡和红色比标准的吸积盘吸积在相同的速度。我们简要地讨论了这一关键结果在不同的天体物理系统吸积黑洞的影响。
2007-07-13 astro-ph
Generation of Compressible Modes in MHD Turbulence
天体物理湍流的本质是磁流体动力学（MHD）。讨论了MHD湍流的基本性质。特别是，我们讨论了可压缩MHD波的生成Alfvenic湍流，并表明，这个过程是低效的。这使我们能够分别研究不同类型的MHD扰动的演化。我们描述了如何将磁流体动力学波动分为3个不同的家庭-阿尔芬，慢，快模式。我们发现Alfvenic湍流对慢模和快模产生的抑制程度取决于平均场的强度。我们发现，在可压缩制度的阿尔芬模式表现出类似于不可压缩制度的标度和各向异性。慢模式被动地模仿阿尔芬模式。然而，快模式表现出各向同性和缩放类似的声学湍流在高和低β等离子体。我们表明，我们的研究结果涉及恒星形成，宇宙射线传播，尘埃动力学和伽马射线暴的理论的重要后果。我们期待更多的应用程序的新见解MHD湍流，并期待更多的修订现有的天体物理过程的范例，作为该领域的成熟。
2003-01-23 astro-ph
PIERNIK mhd code - a multi-fluid, non-ideal extension of the relaxing-TVD scheme (III)
本文提出了一个新的多流体、网格MHD程序PIERNIK，它是基于Jin & Xin（1995）的松弛TVD格式。最初的方案（见Trac & Pen（2003）and Pen et al.（2003））被扩展为增加了动力学独立但相互作用的流体：尘埃和扩散宇宙射线气体，在流体近似中描述，并可以选择以简单的方式添加其他流体。该代码已配备了剪切盒边界条件，和一个自重力模块，欧姆电阻率模块，以及其他设施，这是有用的天体物理流体动力学模拟。代码通过MPI库并行化。本文提出了原来的弛豫TVD MHD方案的欧姆电阻率扩展，并给出了均匀电阻率和电流依赖电阻率公式情况下的磁重联例子。
2008-12-28 astro-ph
Dynamic Evolution of a Quasi-Spherical General Polytropic Magnetofluid with Self-Gravity
在不同的天体物理背景下，我们分析了自引力作用下准球形多变磁化气体的磁流体动力学（MHD）演化的自相似行为，其比熵沿流线守恒。特别地，该MHD模型分析从$n+γ=2$的约束中释放了传统多变自相似变换中的标度参数$n$，其中$γ$是多变指数，因此基本上概括了关于多变气体动力学的早期分析结果，该多变气体动力学在空间中的任何地方都具有恒定的比熵。在自相似非线性MHD常微分方程的基础上，我们研究了磁声临界曲线的行为，MHD激波条件和各种渐近解。然后，我们构建全球半完全自相似的MHD解决方案，使用分析和数值方法相结合，并表明这些磁化流解决方案与或不MHD冲击合理的天体物理应用。
2008-04-17 astro-ph
An Unsplit Godunov Method for Ideal MHD via Constrained Transport
我们描述了一个单一的步骤，二阶精度Goddom计划的基础上结合分段抛物线法（PPM）进行空间重建，角落运输迎风（CTU）的Colella多维集成的方法，和约束运输（CT）算法保持发散自由约束的磁场。我们采用了最紧凑的形式的CT，这需要的领域表示的面积平均在细胞的面孔。我们证明了CT所使用的面积平均场的通量可以与黎曼求解器返回的体积平均场的通量一致，如果它们服从某些简单的关系。我们使用这些关系，以获得新的算法，用于构建CT通量在网格单元角，减少正好相当于一维求解器的平面平行，网格对齐的流。我们表明，PPM重建算法必须包括多方面的MHD，我们描述了一些重要的扩展，必须作出CTU，以使它被用于MHD与CT。我们提出了各种测试问题的结果，以证明该方法是准确和强大的。
2005-01-25 astro-ph
PIERNIK mhd code - a multi-fluid, non-ideal extension of the relaxing-TVD scheme (I)
我们提出了一个新的多流体，网格MHD程序PIERNIK，它是基于松弛TVD格式。原来的方案已经通过增加动力学独立但相互作用的流体：尘埃和扩散宇宙射线气体，在流体近似中描述，并可以选择以简单的方式添加其他流体。该代码已配备了剪切盒边界条件，和一个自重力模块，欧姆电阻率模块，以及其他设施，这是有用的天体物理流体动力学模拟。代码通过MPI库并行化。在本文中，我们简要介绍了松弛TVD MHD算法的基本元素，以下Trac & Pen（2003）和Pen等。（2003），然后集中在剪切盒模型的保守实现，与Masset（2000）的方法的帮助下构建。我们目前的结果的一个测试例子的形成的引力约束的对象（行星）在自引力和差分旋转流体。
2008-12-11 astro-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
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
Turbulence and Magnetic Fields in Astrophysical Plasmas
我们讨论了目前的理解的天体物理MHD湍流的最基本的属性和追溯的起源，现代的观点和理论的不确定性，在20世纪50年代和60年代提出的想法由Iroshnikov，Kraichnan，Batchelor，Schmidter和Biermann。强调了该理论的普遍性。两个主要的天体物理应用触及：在太阳风和星系团的湍流。在某种（非常近似的）意义上，这是小尺度湍流的两种“纯”情况，其中MHD湍流的两种主要状态的理论模型--有和没有强平均磁场--可以进行测试。它们也是天体物理学等离子体中或多或少普遍存在的复杂性的很好的例子：事实上，磁流体动力学描述不足以描述天体物理学湍流，等离子体物理必须进入。
2007-05-14 astro-ph nlin.CD physics.hist-ph
Buoyant magnetic flux ropes in a magnetized stellar envelope: Idealized numerical 2.5-D MHD simulations
内容：本文研究的对象是浮力环形磁通量绳，它是磁通管发电机理论的一部分，也是类太阳磁活动的框架。目的：目的是研究扭曲的磁通量绳如何与一个简单的磁化恒星模型信封-一个磁性的“对流区”-特别是检查如何扭曲的磁场分量的磁通绳与极向磁场在对流区相互作用。方法：磁通绳和大气都采用高分辨率磁流体动力学（MHD）数值模拟作为理想化的2.5维概念建模。结果如下：它示出了扭曲的环形磁通量绳可以与极向磁场在大气中的相互作用，引起的浮力上升动力学和磁通绳的几何形状的变化。这些变化的细节主要取决于相对于磁通绳场强的大气场的极性和强度。这些效应可以通过观测得到验证。
2006-09-22 astro-ph
Sub-Alfvenic Non-Ideal MHD Turbulence Simulations with Ambipolar Diffusion: I. Turbulence Statistics
关于磁场在湍流分子云中作用的数值研究大多是基于理想磁流体力学（MHD）的。然而，MC是弱电离的，因此磁场通过双极扩散（AD）扩散通过等离子体的中性分量所需的时间尺度可以与动态时间尺度相当。我们已经使用Li，McKee，& Klein（2006）开发的重离子近似对具有AD的超音速但亚阿尔夫文湍流系统进行了一系列256^3和512^3模拟。我们的计算是基于假设的离子的数量是保守的，但我们表明，这些结果近似适用于随时间变化的分子云电离的情况下，以及。收敛研究使我们能够确定最佳值的电离质量分数时，使用重离子近似低马赫数，亚阿尔芬湍流系统。我们发现，双极扩散陡峭的速度和磁功率谱相比，理想的MHD的情况下。密度PDF，总磁能和电离分数的变化被确定为AD雷诺数的函数。具有低AD雷诺数的强磁化介质的中性气体性质的功率谱与弱磁化介质的功率谱相似;特别地，中性速度的功率谱接近于Burgers湍流的功率谱。
2008-05-05 astro-ph
Anisotropic weak turbulence of Alfven waves in collisionless astrophysical plasmas
本文用无碰撞热等离子体的动力学理论讨论了由于三波相互作用而引起的阿尔芬湍流的演化。有三种低频模式，类似于可压缩MHD的三种模式。当只考虑Alfven波时，再现了不可压MHD理论中已知的湍流各向异性。包含一个快速模式波导致分离的湍流分为两个制度：小波数的三波过程中涉及的快速模式是占主导地位的，和大波数的三个阿尔芬波过程是占主导地位的。讨论了各向异性阿尔芬湍流在星际介质和磁星磁能耗散中的可能应用。
2006-02-14 astro-ph
Nonradial and nonpolytropic astrophysical outflows. V. Acceleration and collimation of self-similar winds
本文通过对轴对称等离子体的二维磁流体动力学（MHD）控制方程组中变量的非线性分离，分析了轴向低压下磁化旋转外流的精确模型。外流从中心引力源及其周围的吸积盘以亚音速和亚阿尔文速度开始，在穿过MHD临界点后，阿尔文马赫数可能达到很高的值。三大类型的解决方案被发现：（a）准直射流型流出的有效磁转子的流出是由磁环向应力限制;（b）准直流出的低效磁转子的流出是圆柱形的热压力梯度限制;（c）径向膨胀风型流出类似于太阳风。在大多数情况下，检查圆柱准直（射流型）流出自然出现的热和磁效应竞争的加速和约束的射流。所有的MHD体积力的相互作用，在加速和限制射流显示沿其所有的长度和几个参数。这些解可用于对天体物理外流的物理理解，例如与年轻恒星物体、行星状星云、河外喷流等有关的天体物理外流。
2002-05-14 astro-ph
Time Evolution of Cosmic Ray MHD Shocks and Their Emissions
我们提出的斜MHD平面冲击的时间演化的结果，包括扩散宇宙线加速与等离子体流的反反应。模拟包括有限阿尔芬波传播和耗散的自洽效应。从计算的宇宙线粒子相空间分布，我们计算预期的轻子和强子的宇宙射线，磁场，热粒子人口和相关的天体物理光子场之间的相互作用所造成的排放。
2007-06-13 astro-ph
An Unsplit, Cell-Centered Godunov Method for Ideal MHD
我们提出了一个二阶Goddom算法的多维，理想的MHD。我们的算法是基于Colella（J. COMPUT.第87卷，1990年），所有的主要因变量集中在同一位置。为了正确地表示无发散条件的磁场，我们应用离散投影的中间值的领域在细胞的面孔，并应用过滤器的主要因变量在每个时间步结束。我们测试的方法对一套线性和非线性测试，以确定在各种条件下的计划的准确性和稳定性。测试套件包括旋转平面线性波，MHD激波管问题，低β通量管，和磁化转子问题。对于所有这些情况下，我们观察到，该算法是二阶准确的光滑的解决方案，收敛到正确的弱解的问题，涉及冲击，并没有表现出任何证据的不稳定性或损失的准确性，由于可能存在的非螺线管字段。
2004-08-25 astro-ph physics.comp-ph physics.plasm-ph
