Differentially rotating magnetised neutron stars: production of toroidal magnetic fields
我们开始差分旋转磁化（原）中子星的研究-通过建设从第一原理-之间的耦合假设的差分旋转和外加磁场的数值研究。对于一个完全不可压缩的、均匀的、无耗散的流体球，我们求解了纳维-斯托克斯方程和麦克斯韦感应方程的（耦合）方位分量。假设的与时间无关的极向场线被旋转的流体拖曳并产生环形磁场。表面磁场带走能量，重新分配角动量，以产生沿极向场线的刚性旋转。由于缺乏粘性耗散，恒星内部会产生持续的扭转振荡。然而，邻近的“闭合”场线的永久振荡随着时间的推移越来越不同步，导致结构的建立，如Liu & Shapiro（2004），这意味着考虑扩散（Spruit 1999）对真实建模的重要性。
2004-08-24 astro-ph
Dust-driven Dynamos in Accretion Disks
磁驱动的天体物理喷流与吸积有关，涉及环形磁场压力膨胀极向磁场通量面。粒子在引力和磁场联合作用下的运动研究表明，这些天体物理学上的喷流环形和极向磁场可以由吸积尘埃颗粒释放的引力能提供动力，这些尘埃颗粒通过发射光电子而带正电。由于尘埃颗粒在带电后而不是之前受到磁力，因此带电会导致颗粒的不可逆捕获，因此尘埃堆积是带电的结果。此外，带电导致正则角动量取代机械角动量作为运动的相关常数。由此产生的有效势有三类不同的吸积粒子，它们由正则角动量区分，即（i）“回旋轨道”，（ii）“Speiser轨道”和（iii）“零正则角动量”粒子。电子和离子属于（i）类，但根据质量和初始轨道倾角，尘埃颗粒可以属于任何类别。轻质量的尘埃颗粒发展类（i）轨道，使颗粒被限制在嵌套的极向通量表面，而具有临界重量的颗粒，使它们经历相当的重力和磁力，可以发展类（ii）或类（iii）轨道，分别产生极向和环向场发电机。
2008-07-09 astro-ph
Magnetohydrodynamic Instabilities in Shearing, Rotating, Stratified Winds and Disks
我们调查径向分层，磁化，圆柱形流的剪切和浮力不稳定性，磁离心驱动的风和磁化吸积盘的应用。我们确定并研究了9种主要类型的不稳定/过稳定。当磁场主要是环形的，如在原恒星风，系统表现出轴对称的基本（FM）和环形共振模式，轴对称和非轴对称的环形浮力（TB）模式，和非轴对称的磁旋转不稳定性（MRI）模式。具有足够陡的场梯度的风对FM是不稳定的，这促进了在更宽的风的中心的窄的密集射流。TB模式促进小尺度径向混合。在低温风力条件下，MRI的增长率非常低。浮力模式的稳定剪切，和磁共振成像的压缩性，可能是重要的，让原恒星风在太空中传播了很长的距离。当磁场主要是极向的，如在风靠近其源或在天体物理磁盘，系统表现出轴对称的Balbus-Hawley（BH），极向浮力（PB），非轴对称几何浮力（GPB），极向共振模式。BH模式增长速度最快。PB模式在小尺度上促进径向混合。GPB模式在高m时很容易被剪切稳定。我们扩展了以前的MRI分析，专注于压缩性。我们引入了一个“相干小波”技术，推导出封闭形式的表达式瞬时不稳定的标准，增长率，和净放大因子的非轴对称磁共振成像在可压缩流与极向和环向场。我们证实，这些都是在很好的协议与剪切片时间积分的结果。
2000-04-06 astro-ph
Force-Free Magnetosphere of an Accretion Disk -- Black Hole System. I. Schwarzschild Geometry
在本文中，我研究的磁层的黑洞是由磁场连接到一个薄的导电开普勒磁盘。我只考虑史瓦西黑洞的情况，把更有趣但更困难的克尔黑洞的情况留给将来的研究。我假设磁层是理想的、静止的、轴对称的、没有力的。我特别注意系统中存在的两个奇异表面，即，事件视界和内部光圆柱;我使用的规则性条件，在光圆柱，以确定极向电流作为极向磁通量的函数。我解决数值的格拉德-Shafranov方程，它管理的磁层的结构，两种情况下：一个非旋转磁盘的情况下，开普勒磁盘。我发现，在这两种情况下，在地平线上的极向通量函数匹配一个简单的解析表达式对应的径向磁场是均匀的地平线上。利用这一结果，我表示的极向电流作为一个明确的功能的磁通量，并找到一个完美的协议之间的解析表达式和我的数值计算结果。
2003-10-17 astro-ph
Magnetically-driven jets from Keplerian accretion discs
非相对论性，磁驱动的喷流是通过考虑自洽地考虑到底层吸积盘的反馈。结果表明，这种射流主要描述的喷射指数$ξ= \mbox{d} \ln \dot M_a/ \mbox{d}\ln r$，这是一个本地的光盘喷射效率的措施。这个参数被发现躺在一个非常窄的范围内，由于全球磁盘射流的限制。这项调查提供了两个重要的结果。首先，圆盘垂直平衡施加最小质量通量喷射。其次，它们的渐近行为严重依赖于一个快速参数$ω_A= Ω_*r_A /V_{Ap,A}$，比的磁力线旋转速度的极向阿尔芬速度在阿尔芬表面。这个参数必须大于单位一，但数量级为单位一。开普勒圆盘中的自相似喷流，在加宽到最大半径（其值随$ω_A$增大）后，总是向喷流轴方向逐渐变宽，直到达到快磁声临界点。这种解决方案能否稳定地越过最后一个点是值得怀疑的，喷流要么在那里结束，要么反弹。由于磁收缩效应的增加，发生了再准直。这种系统的行为是由于磁表面的大开口，导致如此有效的加速，物质总是达到其最大极向速度。这种"过宽“是由于在整个射流中具有相同的喷射效率$ξ$。现实的喷流，供给不同的喷射指数从一个磁表面到另一个，不会经历准直，允许圆柱或抛物线渐近准直。
1996-07-11 astro-ph
Stretching of the toroidal field and generation of magnetosonic waves in differentially rotating plasma
本文研究了差动旋转磁化等离子体中磁声波的产生。差动旋转通过将极向场线缠绕成环向场线而导致方位场的增加。弱种子扰动的放大被认为是在这个依赖于时间的背景状态。结果表明，种子扰动可以放大几个数量级的差分旋转流。这种放大的唯一必要条件是磁场在角速度梯度方向上存在非零分量。
2007-10-11 astro-ph
Concentration of toroidal magnetic field in the solar tachocline by eta-quenching
我们表明，如果在太阳能发电机中使用的湍流磁扩散率被假定为“淬火”，通过增加环形场，更大的幅度和更集中的环形场可以诱导从一个假设的极向场的差分旋转比如果没有淬火。这种放大和集中机制被削弱，并由微分旋转上的j × B反馈限制。尽管如此，它的强度足以在对流区底部附近产生~100 kG的环形场，也许与“爆炸通量管”过程相结合。如此高的磁场是太阳黑子在低太阳纬度出现的必要条件。
2005-05-31 astro-ph
Global MHD Simulations of Cylindrical Keplerian Disks
本文给出了一系列在圆柱形极限下进行的全球三维吸积盘模拟，其中忽略了引力场的垂直分量。模拟使用圆柱形的伪牛顿势模型的史瓦西度规的主要动力学性质。盘最初是恒定的密度与开普勒角动量分布，并包含一个弱的环形或垂直场。这些模拟重申了许多以前的本地模拟的结论。磁旋转不稳定性迅速增长，并产生具有显著麦克斯韦应力的MHD湍流，从而驱动吸积。紧密包裹的低$m$螺旋波突出。在一些模拟中，麦克斯韦应力的径向变化将气体集中到环中，产生实质性的空间不均匀性。在临界稳定轨道上存在一个非零应力，它使最后一个稳定轨道内的比角动量略有下降。模拟之间的详细比较被用来检查计算域和状态方程的影响。模拟开始与垂直场有更大的场放大和更高的比例的应力磁压力相比，那些开始与环形场。与磁流体动力学相反，流体动力学本身既不产生也不维持湍流。
2000-11-27 astro-ph
Polarized Sub-Millimetre Emission from Filamentary Molecular Clouds
我们模拟了螺旋磁场穿过的云的亚毫米极化模式。我们以前开发了一个三参数模型的云（Fiege和Pudritz 2000年），这是由浓度参数$C$，和两个通量质量比$\Gz$和$\Gphi$指定的极向和环向场线的质量负载分别描述。我们的模型提供了一个简单的和纯粹的几何解释众所周知的“极化洞”的效果，其中亚毫米极化的百分比朝着峰值强度的区域减少。这是由于沿灯丝轴向的极向通量的“主干”与其周围的包络线对极化的贡献之间的抵消而发生的，该包络线由环向场分量主导。我们的参数空间的系统的探索，使我们能够分类的偏振模式，由于灯丝对准近似垂直于天空的平面分为三种基本类型。当$\ratio\appleq 0.1$时，极化矢量平行于灯丝，其中$\Bzs$和$\Bphis$分别是灯丝外表面处的极向和环形磁场分量。当$\ratio\appgeq 0.33$时，偏振矢量垂直于灯丝。中间情况导致包含$90^\circ$的极化模式在极化矢量方向上翻转。对于平行于天空平面的暗条来说，翻转是关于中心轴对称的，但更复杂的不对称图案是由倾斜一定角度的暗条造成的。
2000-05-17 astro-ph
Three-Dimensional Simulations of Jets from Keplerian Disks: Self--Regulatory Stability
我们提出的扩展以前的二维模拟的时间依赖的演化的非相对论性流出的表面开普勒吸积盘，到三维。吸积盘本身被用来为问题提供一组固定的边界条件。3-D结果与稳定的、轴对称的、离心驱动的圆盘缠绕到流出的Alfvén表面的理论是一致的。然而，在阿尔文表面之外，3-D中的射流变得不稳定到非轴对称的开尔文-亥姆霍兹不稳定性。我们表明，喷气机保持其长期的稳定性，通过一个自我限制的过程中，平均Alfvénic马赫数内的喷气保持秩序统一。这至少以两种方式实现。第一，极向磁场沿射流的中心轴集中，形成"骨干“，其中阿尔文速度足够高，以将平均射流阿尔文马赫数减小到1。第二，高阶Kelvin-Helmholtz "长笛“模式（m \ge 2）的开始降低了射流材料加速的效率，并将流出物的动能转移到扭曲射流的拉伸的极向场线中。这也具有增加阿尔文速度的效果，从而减小阿尔文马赫数。喷流能够以这种方式经受住更具破坏性的m=1模式的开始。我们的模拟还表明，射流可以获得螺旋形，或摆动类型的几何形状在这个相对稳定的最终状态，这取决于它们的扰动的性质。最后，我们认为，射流进入交替的低和高活动的不稳定模式在亚阿尔夫文制度的消失，使另一个循环的加速到超阿尔夫文速度。
2002-05-27 astro-ph
3D-MHD simulations of an accretion disk with star-disk boundary layer
我们提出了全球三维磁流体模拟几何薄，但不分层的吸积盘，其中一个近开普勒盘旋转之间的两个边界区域的初始旋转配置文件是稳定的MRI。内部区域模拟了圆盘和假设的旋转更慢的中心非磁性恒星之间的边界层。我们调查这个系统的动力学演化的初始垂直和环形场施加在各种域包含在近开普勒磁盘。非零和零净磁通量的情况下被认为是和持续的发电机活动发现运行高达50个轨道周期的外边界附近开普勒磁盘。从小的径向尺度和零净通量的领域开始的模拟导致最低水平的湍流和平滑的磁盘平均状态变量的变化。对于我们的计算设置，开普勒盘中的Shakura & Sunyaev（1973）$α$参数的平均值通常是$0.004\pm 0.002.$磁场最终总是扩散到边界层中，导致环向场向内角动量传输的建立和盘材料的吸积。平均径向速度，虽然表现出大的时间波动总是亚音速。从净环向通量开始的模拟可以产生平均$α\sim 0.04.$。虽然其特征在于比平均$α$大一个数量级，但从具有大径向尺度和净通量的垂直场开始的模拟可能导致形成非常低密度的持久非均匀、非轴对称的磁主导区域。
2002-01-29 astro-ph
Oscillations of magnetic stars: II. Axisymmetric toroidal and non-axisymmetric shear Alfven modes in a spherical shell
我们进行了数值和数学调查的剪切阿尔芬波内的球壳填充不可压缩的导电流体，并沐浴在一个强大的偶极磁场。我们专注于轴对称的环形和非轴对称模式，在Rincon & Rieutord（2003，A&A，398，663）以前的工作的延续。在低扩散系数下，得到了环形本征模及其相应频率的解析表达式。这些振荡表现得像磁剪切层，其中磁极起着关键作用，因此当扩散系数消失时变得奇异。它还表明，非轴对称模式被分成两类，即极向或环形类型，类似的渐近行为作为他们的轴对称对应时，扩散系数变得任意小。
2004-12-01 astro-ph
Development of twist in an emerging magnetic flux tube by poloidal field accretion
根据Choudhuri（2003）关于太阳活动区磁场扭曲起源的早期提议，我们模拟了包裹的背景极向场穿透穿过太阳对流区上升的环形磁通量管。直的，圆柱形的通量管的上升之后，通过数值求解感应方程在一个共动拉格朗日框架，而外部极向磁场被假定为径向平流到管上的速度对应的上升速度。我们的模型的一个预测是存在一个环的反向电流螺旋活动区的外围。另一方面，所产生的扭曲的幅度敏感地取决于其出现之前的活动区域磁场的假定结构（扩散与集中/间歇），以及极向场的假定垂直剖面。尽管如此，在模型中，如果选择了最合理的假设，就可以相当自然地产生与观测值相当的平均扭曲。我们的研究结果表明，这种机制的扭曲的贡献可以是相当显着的，并在有利的情况下，它可以潜在地占目前在活跃地区观察到的螺旋度。
2005-12-19 astro-ph
Axisymmetric toroidal modes of magnetized neutron stars
我们计算了具有固体壳的磁化中子星的轴对称环形模。我们假设恒星内部有一个极向磁场穿过，该磁场在表面与外部偶极场连续，其在磁极处的强度为$B_p$ G。由于分离的变量是不可能的磁化星的振荡，我们采用有限的级数展开的扰动使用球谐函数来表示的角度依赖的振荡模式。对于$B_p\sim 10^{16}$ G，我们发现不同的模式序列，在每一个环形模式的振荡频率缓慢增加的径向节点的本征函数的数目增加。$B_p\sim 10^{16}$ G的环形模的频谱与非磁化模型的地壳环形模的频谱有很大的不同，尽管频率范围彼此重叠。这表明，如果恒星的磁场强度与$B_p\sim 10^{16}$ G一样强，那么基于磁环模式对观测到的QPO进行解释是可能的。
2007-10-26 astro-ph
A self-sustaining nonlinear dynamo process in Keplerian shear flows
在Keplerian区域的旋转平面Couette流中识别了一个三维非线性发电机过程。它类似于非旋转剪切流中的流体动力学自持过程，并且依赖于环形磁场的磁旋转不稳定性。稳定的非线性解决方案的数值计算范围很广的磁雷诺数，但仅限于低雷诺数。这个过程对于解释开普勒吸积盘中相干场和湍流运动的维持可能是重要的，因为所有的基本成分都存在于其中。
2007-05-19 astro-ph physics.flu-dyn
Generation of Magnetic Fields by a Gravitomagnetic Plasma Battery
在Kerr度规的3+1分裂下，研究了Kerr黑洞周围离子-电子等离子体中电池产生磁场的过程.结果表明，重力磁场对电子分压的贡献能够驱动电流。平衡磁场的强度应该比经典的比尔曼电池更高，因为重力磁驱动项比经典的驱动项更不容易被淬灭。在轴对称情况下，电池只能感应环形磁场。然而，一旦存在环形磁场，重力磁场和电磁场的耦合即使在轴对称中也会产生极向磁场（Khanna & Camenzind 1996 a，b）。因此，嵌入等离子体中的旋转黑洞总是会产生环形和极向磁场。
1998-03-20 astro-ph gr-qc physics.plasm-ph
A Toy Model for the Magnetic Connection between a Black Hole and a Disk
一个磁场将克尔黑洞和围绕它旋转的圆盘连接起来，如果黑洞的旋转速度比圆盘快，磁场就可以从黑洞中提取能量和角动量，并将它们转移到圆盘上。能量可以被盘耗散和辐射出去，这使得盘发光而不需要吸积。在本文中，我们提出了一个玩具模型的磁连接：一个单一的电流围绕克尔黑洞在赤道平面流动产生极向磁场连接的黑洞的磁盘。黑洞相对于圆盘的旋转产生电动势，电动势又产生流过黑洞和圆盘的极向电流，并在圆盘上产生功率。我们将考虑两种情况：（1）环向电流在盘的内边界上流动，其产生极向磁场，该极向磁场将黑洞的视界连接到盘的{ \it超出}内边界的区域;（2）环向电流在盘的内边界内但在黑洞的视界外的圆上流动，其产生将黑洞的视界的一部分连接到{ \it整个}盘的极向磁场。我们将计算在没有吸积的情况下由磁连接产生的功率和由此产生的盘的辐射通量，并将它们与吸积产生的功率进行比较。
2002-02-19 astro-ph gr-qc
Hall drift of axisymmetric magnetic fields in solid neutron-star matter
霍尔德里夫岛例如，运动的电子对磁通量的输运产生电流，可能是导致中子星固体地壳中磁场演化的主要效应。这是一个非线性的过程，尽管作出了一些努力，仍然没有完全理解。我们使用霍尔感应方程的轴对称，以获得一些一般性质的nonevolving领域，以及分析纯环向场的演变，他们的极向扰动，和电流自由，纯极向场。我们还分析了霍尔不稳定性中的能量守恒，并给出了霍尔平衡的变分原理。我们表明，任何环形磁场的演变可以描述的伯格斯方程，如以前发现的平面平行几何。它会导致急剧的电流片，消散在霍尔时间尺度上，产生一个稳定的场配置，取决于一个单一的，适当定义的坐标。然而，这个场对于极向扰动是不稳定的，极向扰动随着它们的场线被背景电子流拉伸而增长，就像以前在数值上发现的不稳定性一样。另一方面，无电流极向配置是稳定的，可以代表一个长期存在的地壳场的流体恒星核心的电流支持。
2007-06-29 astro-ph math-ph math.MP
