Viscous and Resistive Effects on the MRI with a Net Toroidal Field
在局部天体物理盘模型中，电阻率和粘滞性在确定磁旋转不稳定性（MRI）驱动的湍流中的能级方面具有重要作用。本研究使用Athena程序来描述在具有净环形磁通量的非分层剪切箱模拟中恒定剪切粘度ν和欧姆电阻率η的影响。先前用ZEUS程序对净磁场为零的剪切盒进行的研究发现，当磁普朗特数P_m = ν/η低于P_m \sim 1时，湍流消失;当P_m \gtrsim 1时，时间和体积平均应力水平随P_m增加。我们用Athena重复这些实验，得到了一致的结果。接下来，粘度和电阻率的环向场MRI的影响进行了研究，无论是线性增长和充分发展的湍流。在线性区域，足够大的ν或η可以阻止MRI的增长，而P_m本身对线性扰动的增长几乎没有直接影响。通过将一系列的ν和η值应用到由存在背景环向场的充分发展的湍流组成的初始状态，我们研究了它们在完全非线性系统中的作用。在这里，增加的粘度增强了湍流，并且只有当电阻率高于临界值时湍流才衰减;与零净场模型相反，即使当P_m < 1时湍流也可以持续。虽然我们发现初步证据表明，当ν和η变得足够小时，应力收敛到一个小范围的值，但对于相对较大的η和ν，耗散项对MRI驱动的湍流的影响是显著的，与场的几何形状无关。
2009-10-22 astro-ph.HE astro-ph.SR
Zero net flux MRI-turbulence in disks $-$ sustenance scheme and magnetic Prandtl number dependence
利用标准剪切盒模拟方法研究了净磁通量为零的开普勒圆盘中磁旋转不稳定性（MRI）驱动湍流对磁普朗特数（${\rm Pm}$）的维持和依赖性。我们专注于傅立叶空间中的湍流动力学，捕捉特定/非正则各向异性的非线性过程，由于磁盘流剪切。这是一种新型的非线性波矢方向上的模式重新分布--非线性横向叶栅--它是剪切流的普遍现象，与通常的正/逆叶栅有着根本的不同。零通量MRI没有指数增长模式，因此其增长是瞬态的或非模态的。湍流的自我维持是由MRI的瞬态增长和非线性横向级联的建设性合作。这种合作发生在小的波数（在流量大小尺度上），称为傅立叶空间中的重要区域。直接级联将模能量从重要区域转移到更大的波数。在大的${\rm Pm}$，横向级联优于直接级联，保持大部分模式的能量包含在小的波数。然而，随着${\rm Pm}$的减小，横向级联的作用减弱，并且不再能够对抗直接级联的作用，直接级联更有效地将能量传递到更高的波数，从而导致增加的电阻耗散。这破坏了维持方案，导致湍流衰减。因此，零净通量MRI湍流的衰减与减少${\rm Pm}$归因于拓扑重排的非线性过程时，直接级联开始占上风的横向级联。
2020-10-07 astro-ph.EP astro-ph.HE astro-ph.SR
Nonlinear transverse cascade and sustenance of MRI-turbulence in Keplerian disks with an azimuthal magnetic field
利用剪切盒模拟方法研究了具有非零净方位磁场的开普勒圆盘中由磁旋转不稳定性（MRI）驱动的磁流体动力学湍流。不同于以往的研究，我们分析湍流动力学傅立叶（${\bf k}$ -）空间，以了解其支持。磁共振成像的线性增长具有瞬态特性，在傅立叶空间中是各向异性的，从而导致非线性过程在傅立叶空间中的各向异性。其结果是，主要的非线性过程似乎是一种新型的角度重新分布模式在傅立叶空间-的\emph{nonlinear transverse cascade} -而不是通常的直接/逆级联。我们表明，湍流是持续的相互作用的线性瞬态增长的MRI（这是唯一的能量供应的湍流）和横向级联。这两个过程在大的长度尺度上运行，相当于盒子大小，相应的小波数区域，在傅立叶空间中称为\emph{vital area}，对于维持至关重要，而在重要区域之外，直接级联占主导地位。傅立叶空间中的线性和非线性过程的相互作用通常过于交织，无法生动地图示。尽管如此，我们揭示了\emph{basic subcycle}的支持，清楚地表明这些过程的协同作用，在磁化流系统的自组织。这种协同作用是相当稳健的，并且对于所考虑的模拟盒的不同纵横比持续存在。这些盒子中的动力学过程的光谱特征是定性相似的，表明MRI湍流的维持机制的普遍性。
2017-07-21 astro-ph.EP astro-ph.HE astro-ph.SR
Electron Heating in the Magnetorotational Instability: Implications for Turbulence Strength in Outer Regions of Protoplanetary Disks
磁旋转不稳定性（MRI）在电离分数足够高的原行星盘区域中驱动剧烈的湍流。最近已经表明，由MRI引起的电场可以加热电子，从而影响气体中的电离平衡。特别是，在存在大量尘埃颗粒的盘中，电子加热导致电子丰度降低，从而防止MRI的进一步增长。通过使用非线性欧姆定律，考虑到电子加热，我们调查在原行星盘的MRI和电离化学之间的负反馈变得重要。我们发现，“电子加热区”，该地区的电子加热限制了磁共振成像的饱和度，延伸到80 AU的最小质量的太阳星云与丰富的亚微米大小的颗粒。该区域比在相同盘模型中径向范围为$\sim20$ AU的常规死区大得多。缩放参数表明，在电子加热区的MRI湍流应该有一个显着较低的饱和度。电子加热区中的亚微米尺寸的晶粒是如此带负电荷，以至于它们的碰撞生长不太可能发生。我们目前的模型忽略了双极和霍尔扩散，但我们的估计表明，双极扩散也会影响MRI的电子加热区。
2015-12-09 astro-ph.EP astro-ph.SR
The gravo-magneto disc instability with a viscous dead zone
我们认为，在光盘死区，一个区域的光盘中平面的磁旋转不稳定性（MRI）驱动湍流没有足够的电离吸积盘包含一些湍流的演变。特别是，我们确定是否有额外的来源，在一个死区内的湍流能够抑制重力磁（GM）光盘爆发所产生的快速过渡，从重力产生的MRI产生的湍流。对于粘性$α$圆盘模型，我们考虑了两种可能在死区内驱动湍流的机制。首先，我们检查死区内的恒定$α$参数。这可能适用于流体动力学不稳定性，如斜压不稳定性，其中湍流水平是独立的MRI活跃的表面层的属性。在这种情况下，我们发现，光盘将不会变得稳定的爆发，除非死区湍流粘度是在MRI活性表面层相媲美。在这样的条件下，通过死区的吸积速率必须大于通过MRI活性层的吸积速率。在第二个模型中，我们假设通过死区的吸积流是通过活动层的吸积流的一个常数部分（小于1）。这可以适用于由MRI活性表面层激发的流体动力学波驱动的湍流。我们发现粘性死区对不稳定性几乎没有影响。然而，在这两种情况下，我们发现在爆发期间触发MRI可能是由于死区中的粘度加热，而不是自重力。因此，用于在死区内产生湍流的机制都不能显著地稳定盘或所产生的爆发行为。
2013-10-08 astro-ph.EP astro-ph.SR
The Nature of Turbulence in the Outer Regions of Protoplanetary Disks
我们进行了一系列的本地，剪切盒模拟的外部区域的原行星盘，双极扩散是很重要的，由于低电离水平，以更好地表征在这些磁盘的湍流和角动量输运的性质。这些模拟分为两组，一组包括远紫外（FUV）电离，一组没有FUV。在这两种情况下，我们探索了扩散率值的大范围。我们发现，在没有FUV的模拟中，湍流的性质类似于Bai & Stone（2011）的非分层模拟;对于给定的扩散率，只要磁场足够弱，MRI仍然可以存在。此外，这些模拟中的中平面的动力学主要由MRI控制。另一方面，在FUV模拟中，MRI活性FUV层将强环形磁通量传输到中间平面，这关闭MRI。相反，在中平面处的角动量传输由层流磁场主导，导致与无FUV模拟相比湍流麦克斯韦应力水平较低。最后，我们对FUV模拟进行了时间相关性分析，证实了我们的结果，即中平面区域的动力学受到FUV电离层的强烈控制。
2018-10-24 astro-ph.SR
Modeling Magnetorotational Turbulence in Protoplanetary Disks with Dead Zones
磁旋转不稳定性（MRI）驱动的湍流对原行星盘中固体的演化具有重要影响。另一方面，小灰尘颗粒通过捕获耦合气体和磁场所需的电离气体颗粒来稳定MRI。为了提供一个经验的基础上，模拟灰尘和MRI的共同进化，我们进行三维，欧姆电阻MHD模拟的垂直分层剪切盒与MRI不活跃的“死区”的各种大小和净垂直磁通量的各种强度。我们发现，湍流的垂直结构是由垂直的磁通量和三个临界高度的线性分析得出的分层磁盘。特别地，湍流结构仅通过临界高度依赖于电阻率分布，并且对电阻率分布的细节不敏感。我们发现的各种湍流量（速度色散，密度波动，垂直扩散系数，外流质量通量）和垂直集成的吸积应力的振幅之间的标度关系。我们还得到了积分吸积应力作为垂直磁通量和临界高度的函数的经验公式。这些经验关系允许预测的垂直湍流结构的原行星盘的磁通量的给定强度和给定的电阻率分布。
2011-08-24 astro-ph.EP astro-ph.SR
Active modes and dynamical balances in MRI-turbulence of Keplerian disks with a net vertical magnetic field
研究了圆盘剪切盒模型中具有净垂直场的磁旋转不稳定性（MRI）湍流的动力学平衡。在傅立叶（${\bf k}$ -）空间中分析湍流动力学，我们确定了定义湍流特性的三种类型的活动模式。这些模式的长度类似于盒子的大小，即，位于傅立叶空间中标记为重要区域的小波数区域中，并且是：（i）通道模式-在具有最小垂直波数的盘平面中均匀，（ii）纬向流模式-在方位角上和垂直方向上均匀，具有最小径向波数，以及（iii）其余模式。静止模式包括生命区域中能量达到最大光谱能量的$50 \%$以上的那些谐波。与槽道流和纬向流模式相比，其余模式单独不那么重要，然而，它们的组合作用在这两种模式中占主导地位。这三种模式类型是由线性和非线性过程的相互作用，导致其相互依赖的动态。线性过程存在于具有净垂直场的盘流非模态修改的经典MRI中。主要的非线性过程是傅立叶空间中模式随波矢角的转移-横向级联。通道模式表现出由线性MRI增长提供的阵发性爆发，而非线性过程主要与此相反，耗尽通道能量并将其重新分配给其余模式。至于纬向流，它没有线性源，而是由其余模式的非线性相互作用馈送。
2018-11-20 astro-ph.EP astro-ph.HE astro-ph.SR
Driving Disk Winds and Heating up Hot Coronae by MRI Turbulence
我们研究了磁旋转湍流作用下吸积盘中热日冕和垂直外流的形成。我们执行本地三维（3D）MHD模拟与垂直分层显式求解能量方程与各种有效的比热比，γ。最初施加的弱垂直磁场被磁旋转不稳定性（MRI）和由于差动旋转引起的绕组有效地放大。在等温情况下（γ =1），盘风主要由与MHD湍流相关联的坡印亭通量驱动，并显示出准周期的不稳定性。另一方面，在γ>~ 1.1的非等温情况下，距中平面1-2个标度高度以上的区域被有效加热，形成温度约为初始值50倍的日冕，并通过压力平衡过渡区与较冷的中平面区域相连。结果表明，盘风主要由气体压力驱动，具有更强的时间稳定性，但无量纲时均质量损失率与等温情况相似.在这些情况下，类声波被限制在冷的中平面区域中，并且密度波动的幅度大于等温情况。
2013-10-30 astro-ph.EP astro-ph.HE astro-ph.SR
On the Viability of the Magnetorotational Instability in Circumplanetary Disks
我们研究磁旋转不稳定性（MRI）是否可以作为一种机制的角动量输运在环行星盘。为了使MRI工作，电离度必须足够高，并且磁压力必须充分低于气体压力。我们计算的电离度的空间分布和搜索的MRI活动区域，其中两个标准都得到满足。我们发现，可以有薄的活动层在磁盘表面取决于模型参数，但是，我们几乎没有找到任何区域，可以维持发达的MRI湍流;当磁场增强MRI湍流在磁盘表面层，磁主导的大气侵入较低的高度和发达的MRI湍流的区域变得更小。我们的结论是，如果有没有角动量转移机制以外的磁共振成像引力稳定的行星盘，气体很可能会堆积，直到磁盘变得引力不稳定，大规模的磁盘可能会生存很长一段时间。
2014-04-03 astro-ph.EP astro-ph.SR
The stress-pressure lag in MRI turbulence and its implications for thermal instability in accretion discs
经典的α-圆盘模型假设湍流应力与压力成线性比例，并对压力作出瞬时响应。然而，很可能应力具有不可忽略的弛豫时间，并且在某个时间尺度上将滞后于压力。为了测量这个滞后的大小，我们进行了非分层的3D磁流体力学剪切盒模拟零净磁通量使用有限体积代码PLUTO。我们通过冷却项施加不同周期的热振荡，这反过来又驱动了湍流应力的振荡。我们的模拟表明，应力振荡滞后于$\sim 5$轨道的情况下，振荡周期是几十个轨道或更多的压力。我们讨论了我们的结果的影响，在光盘周围的致密物体的热和粘性的超稳定性。
2021-11-22 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.flu-dyn
Hysteresis and thermal limit cycles in MRI simulations of accretion discs
低质量双星系统周期性的爆发反映了其相关吸积盘的热状态变化。观测到的爆发与氢在5000 K附近电离时盘不透明度的强烈变化有关。这种物理导致吸积盘模型，表现出双稳态和热极限环，从而光盘之间的一个家庭的冷和低吸积状态和家庭的热和有效的吸积状态跳跃。以前的模型通过α（或“涡流”）粘度参数化圆盘湍流。在本文中，我们对待湍流更现实地通过一套局部几何的磁旋转不稳定性（MRI）的数值模拟。辐射冷却是通过一个简单的，但物理动机的处方。我们显示的存在下的热平衡，从而热极限环的前景，并在这样做表明，MRI引起的湍流是与经典理论兼容。我们的模拟还表明，湍流应力和压力扰动只是弱相互依赖的轨道时间，因此，热不稳定性连接到湍流加热（相对于辐射冷却）的变化是不太可能的操作，在协议与以前的数值结果。我们的工作提出了第一步，统一模拟全磁流体湍流与正确的热和辐射物理的爆发盘与矮新星，低质量X射线双星，并可能年轻的恒星物体。
2012-08-21 astro-ph.HE astro-ph.SR
On the Nature of Magnetic Turbulence in Rotating, Shearing Flows
在剪切盒模型的框架下，研究了旋转剪切流中由磁旋转不稳定性（MRI）驱动的湍流的局部特性。基于数值模拟，我们提出MRI驱动的湍流包括两个组成部分：大尺度剪切排列的强磁场和类似磁流体动力学（MHD）湍流的小尺度波动。大尺度分量的能谱接近于$k^{-2}$，而小尺度分量的能谱则与强MHD湍流$k^{-3/2}$的能谱一致。虽然波动的频谱是普遍的，但湍流的外尺度特征不是;它们取决于系统的参数，如净磁通量。然而，所允许的湍流状态之间存在着显著的普适性--它们的强度$v_0$和外尺度$λ_0$满足平衡条件$v_0/λ_0\sim \mathrm dΩ/\mathrm d\ln r$，其中$\mathrm dΩ/\mathrm d\ln r$是流动的局部轨道剪切率。最后，我们发现没有持续的发电机行动中的$\mathrm{Pm}=1$零净通量的情况下，雷诺数高达$45\,000$，铸造怀疑存在的MRI发电机在$\mathrm{Pm}\leq 1$制度。
2015-12-11 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.flu-dyn
Unified treatment of mean-field dynamo and angular-momentum transport in magnetorotational instability-driven turbulence
本文通过直接统计模拟建立统一平均场模型，同时处理MRI驱动湍流中的大尺度发电机与角动量输运，揭示旋转-剪切-电流效应和旋转-剪切-涡量效应分别产生径向和垂直磁场，并给出相关输运系数的显式形式。
2023-11-14 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.plasm-ph
Turbulence In the Outer Regions of Protoplanetary Disks. I. Weak Accretion with No Vertical Magnetic Flux
利用局部数值模拟方法研究了原行星盘外区磁流体动力学（MHD）湍流的强度和性质，其中双极扩散是主要的非理想MHD效应。模拟包括垂直分层和假设零净垂直磁通量。我们采用了超时间步长技术，以改善扩散时间步长的柯朗限制。我们发现，在理想化的分层模拟，与一个空间恒定的双极Elsasser数上午，湍流驱动的磁旋转不稳定性（MRI）的行为在以前的非分层计算类似的方式。当Am < 1时，湍流消失，随着双极扩散的减少，湍流逐渐变得更加剧烈。当Am > 1000时，恢复了接近理想的MHD行为。在中间制度（10 < Am < 1000）双极扩散导致的MRI发电机周期和磁场结构的特征尺度的周期大幅增加。为了量化双极物理对盘吸积的影响，我们在30 AU和100 AU进行模拟，其中包括基于远紫外（FUV）电离盘模型的垂直Am剖面。这些模型开发了一个垂直分层结构类似于欧姆死区，是目前在较小的半径。我们发现，虽然表面湍流的水平可以是强的（和一致的约束在这些半径的湍流线宽），推断吸积率至少比金牛座T恒星中观察到的小一个数量级。这种差异很可能是由于在我们的模拟中假设垂直磁场为零，并表明垂直磁场是必不可少的MRI驱动的吸积在外部区域的原行星盘。
2013-01-15 astro-ph.SR
Angular Momentum Transport in Binary Star Formation: The Enhancement of Magneto-Rotational Instability and Role of Outflows
本研究通过三维模拟揭示双星吸积中磁场驱动的MRI湍流与外流是角动量输运的关键，双星和下落包层均增强湍流，从而降低系统比角动量。
2024-02-05 astro-ph.SR
Magnetorotational instability with smoothed particle hydrodynamics
我们提出了一个彻底的数值研究的MRI使用平滑粒子磁流体动力学方法（SPMHD）的几何密度平均力表达式（GDSPH）。我们进行剪切盒模拟不同的初始设置和广泛的分辨率和耗散参数。我们表明，第一次，MRI与持续的湍流可以成功地模拟SPH，结果与以前的工作与基于网格的代码一致。特别是，对于分层的盒子，我们的模拟再现了至少100个轨道的饱和湍流的MRI发电机的特征蝴蝶图。相反，传统的SPH模拟遭受失控的增长和发展非物理大方位场，类似于最近的研究结果与无网格方法。我们研究了MRI湍流对SPH中数值普朗特数的依赖性，重点是非分层，零净通量的情况。我们发现，湍流只能维持与普朗特数大于$\sim$ 2.5，类似的临界值的物理普朗特数在网格代码模拟。然而，不同于基于网格的代码，在SPH的数值普朗特数增加的分辨率，并为一个固定的普朗特数，所产生的磁能和应力是独立的分辨率。对所有模拟进行平均场分析，得到的输运系数表明在非分层情况下没有$α$效应，但在分层介质中有一个活跃的$αΩ$发电机和抗磁泵效应，这与以前的研究基本一致。在我们的模拟中没有明确的剪切电流发电机的迹象，这可能是负责一个较弱的平均场增长在高大，无分层，零净通量模拟。
2021-05-03 astro-ph.GA astro-ph.HE astro-ph.SR
MRI turbulence in vertically stratified accretion discs at large magnetic Prandtl numbers
本文通过三维垂直分层等温盘局部模拟，研究大 Pm 下 MRI 湍流与发电机，给出 α 和磁场能量的 Pm 幂律标度及高 Pm 平台，并结合谱分析解释中平面与大气动力学。
2024-04-09 astro-ph.EP astro-ph.HE astro-ph.SR
Magnetic self-organisation in Hall-dominated magnetorotational turbulence
磁旋转不稳定性（MRI）是最有前途的机制，角动量是有效地向外传输的天体物理盘。然而，它在原行星盘上的应用仍然存在问题。这些圆盘的电离能力很差，在称为“死区”的区域中，它们可能不支持磁旋转湍流。最近有人提出，霍尔效应，一种非理想的磁流体动力学（MHD）效应，可以通过将磁活性柱密度提高一个数量级或更多来恢复这些死区。我们研究这个想法，通过执行本地，三维，电阻霍尔-磁流体模拟的MRI的情况下，霍尔效应占主导地位的欧姆耗散。正如预期的线性稳定性分析，我们发现一个指数增长的不稳定性制度，否则线性稳定的电阻磁流体。然而，而不是有力的和持续的磁旋转湍流，我们发现，MRI饱和产生大规模的，长寿命的，轴对称结构的磁场和速度场。我们把这些结构分别称为纬向场和纬向流。它们的出现会导致湍流运输急剧减少至少两个数量级的外推基于电阻MHD，结果是质疑当代模型的分层吸积。我们构建了一个严格的平均场论来解释这种新的行为，并预测它何时会发生。对原行星盘的结构和演化，以及行星形成的理论的影响，进行了简要的讨论。
2013-06-25 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.flu-dyn
MHD in a cylindrical shearing box II: Intermittent Bursts and Substructures in MRI Turbulence
本文通过圆柱剪切盒MHD模拟发现，外icycle频率径向梯度导致MRI湍流中出现间歇性磁爆发和环隙亚结构，揭示了压缩放大与差速缠绕同等重要的新机制。
2023-11-03 astro-ph.EP astro-ph.HE astro-ph.SR
The impact of dust evolution on the dead zone outer edge in magnetized protoplanetary disks
本文通过改进1+1D MRI驱动湍流模型并将其与尘埃演化模型耦合，研究了原行星盘中尘埃演化对MRI活动的影响，发现尘埃凝聚与沉降会增强MRI湍流并使死区更紧凑，而碎片化作用相反，且尘埃演化单独无法使死区完全重新激活。
2023-03-28 astro-ph.EP astro-ph.SR
Electron Heating and Saturation of Self-regulating Magnetorotational Instability in Protoplanetary Disks
磁旋转不稳定性（MRI）具有在原行星盘中产生剧烈湍流的潜力，但由于MRI在低电离分数下的不确定性，其湍流强度和吸积应力仍存在争议。我们集中在加热电子的强电场放大非理想磁流体动力学效应。被加热的电子经常与尘埃颗粒碰撞并粘附在尘埃颗粒上，这反过来又降低了电离分数，并有望削弱MRI驱动的湍流运动。为了定量研究磁共振成像中电子加热的非线性演化，我们采用非分层剪切盒进行了磁流体动力学模拟。我们引入一个简单的解析电阻率模型依赖于电流密度通过模仿电离计算电阻率。我们的模拟证实，当电子加热在低电流密度下发生时，电子加热会抑制磁湍流。我们发现磁应力与其电流密度之间存在明显的相关性，这意味着磁应力与电流密度的平方成正比。当湍流运动被完全抑制时，有序磁场引起层流吸积流。我们给出了一个解析描述的层流状态通过使用的线性微扰方程的电阻率的解决方案。我们还提出了一个公式，成功地预测吸积应力存在的电子加热。
2017-09-20 astro-ph.EP astro-ph.SR
The baroclinic instability in the context of layered accretion. Self-sustained vortices and their magnetic stability in local compressible unstratified models of protoplanetary disks
吸积盘中的湍流和角动量输运仍然是一个有争议的话题。随着认识到死区是原行星盘的强大特征，对湍流流体动力源的搜索仍在继续。一个可能的来源是斜压不稳定性（BI），它已被证明存在于非磁化的非正压盘。我们提出了剪切箱模拟斜压不稳定，磁化，3D磁盘，以评估BI和其他不稳定性，即磁旋转不稳定性（MRI）和磁椭圆不稳定性之间的相互作用。我们发现，在纯流体动力学制度的斜压不稳定性产生和维持的涡不生存时，磁场。到目前为止，MRI在生长速率和饱和强度方面取代了BI。由此产生的湍流实际上与仅MRI的情况相同。我们测量了涡的内禀涡度廓线，发现涡核的径向变化很小。然而，核心被破坏的MHD不稳定性，我们确定与磁椭圆不稳定性。这种不稳定性具有与MRI几乎相同的不稳定波长范围，但具有更高的增长率。事实上，我们确定的磁共振成像的磁椭圆不稳定性的限制情况下，涡的纵横比趋于无穷大（纯剪切流）。我们的结论是，由原行星盘中的斜压不稳定性引起的涡旋激发和自维持仅在低电离下是可行的，即，死亡地带因此，我们的结果是按照分层吸积范式。一个斜压不稳定死区的特征应该是大尺度涡的存在，其核心是椭圆不稳定的，但由斜压反馈维持。由于磁场会破坏涡流，且MRI的重要性超过BI，因此活性层未被修改。
2011-01-06 astro-ph.EP astro-ph.SR
Magnetorotational turbulence transports angular momentum in stratified disks with low magnetic Prandtl number but magnetic Reynolds number above a critical value
磁旋转不稳定性（MRI）可能主导了吸积盘中角动量的向外输运，使物质落在中心物体上。以前的工作已经确定，MRI可以驱动平均场发电机，可能导致一个自我维持的吸积系统。然而，最近，角动量输运参数$\alphaSS$与磁普朗特数$\Prandtl$的缩放的模拟已经对MRI在真实盘系统中传输与天体物理学相关的角动量的能力产生了怀疑。在这里，我们使用的模拟，包括明确的物理粘度和电阻率表明，当包括垂直分层，平均场发电机行动的操作，驱动系统的配置中的磁场是不完全螺旋。这放松了由磁螺旋度守恒提供的对所产生的场的约束，允许在独立于电阻率的时间尺度上产生平均场。我们的模型表明存在一个临界磁雷诺数$\Rmagc$，低于该运输成为强烈的$\Prandtl$依赖和混乱，但高于该运输是稳定的和$\Prandtl$独立。显示$\Prandtl$依赖性的先前模拟具有$\Rmag < \Rmagc$。我们推测，这种稳定的制度是可能的，因为平均场发电机不是螺旋度限制，因此不依赖于螺旋度喷射过程的细节。根据实际的天体物理参数，原恒星和恒星质量黑洞周围的圆盘都有$\Rmag >> \Rmagc$。因此，我们认为，强$\Prandtl$的依赖性，在最近的模拟中看到的不会发生在真实的系统。
2011-09-12 astro-ph.SR
Angular momentum transport and large eddy simulations in magnetorotational turbulence: the small Pm limit
吸积盘中的角动量输运通常被认为是由于磁旋转不稳定性介导的磁流体动力学湍流。尽管有丰富的文献的MRI，控制湍流的饱和振幅的参数知之甚少，并在欧姆扩散制度的渐近行为的存在没有明确确立。我们研究了小磁普朗特数极限下的湍流态性质。由于这是非常昂贵的计算，我们还研究了最常见的次网格尺度模型的相关性和适用范围。在可压缩和不可压缩极限下进行非分层剪切盒模拟，分辨率高达800个单元/圆盘尺度高度。后者构成了MRI湍流模拟有史以来达到的最大分辨率。在存在的平均磁场线程域，角动量输运收敛到一个有限的值在小Pm限制。当平均垂直场振幅使得热压力与磁压力之比β等于1000时，我们发现当Pm接近零时α约为0.032。在平均环向场β = 100的情况下，我们发现在相同的极限下α~0.018。隐式大涡模拟和Chollet-Lévet闭合模型都再现了α参数和功率谱的结果。当使用这样的方法时，实现了至少16（并且高达256）倍的计算成本的降低。如果存在平均磁场，MRI湍流在小Pm极限下有效运行。隐式LES提供了一个实用和有效的手段调查这一制度，但应谨慎使用，特别是在垂直领域的情况下。Chollet-Lefford闭包模型非常适合用频谱代码进行模拟。
2015-05-21 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.flu-dyn
Perpendicular diffusion of energetic particles in noisy reduced magnetohydrodynamic turbulence
最近提出了一个模型的噪声减少磁流体动力学湍流。后一种模型已经被用来研究磁场线的随机游走。在本文中，我们使用相同的模型来研究高能粒子在平均磁场中的扩散。为了计算垂直扩散系数，使用两种分析理论，即非线性引导中心（NLGC）理论和统一非线性传输（UNLT）理论。结果表明，这两种理论提供了不同的结果的垂直扩散系数。我们还执行上述湍流模型的测试粒子模拟。我们表明，只有UNLT理论描述垂直运输准确确认后一种理论是一个强大的工具，扩散理论。
2014-09-08 astro-ph.SR
The Fate of Planetesimals in Turbulent Disks with Dead Zones. I. The Turbulent Stirring Recipe
原行星盘中的湍流在许多方面影响着行星形成。虽然小的尘埃颗粒主要受到与湍流气体速度场的空气动力学耦合的影响，但微行星和较大的天体更多地受到与气体密度波动的引力相互作用的影响。对于后一个过程，近年来进行了一些数值模拟，但尚未建立完全独立于参数的理解。在这项研究中，我们提出了简单的标度关系的星子搅拌速率在湍流驱动的磁旋转不稳定性（MRI），考虑到稳定的MRI由于欧姆电阻率。我们首先从数量级的估计的连续性引起的引力作用在固体和相关的扩散系数为他们的轨道要素。然后，我们测试预测的标度关系，使用最近的欧姆电阻MHD模拟的结果Gressel等人。我们发现，这些关系成功地解释了模拟结果，如果我们正确地修复秩序的统一的不确定性的估计。我们还更新了最初由Okuzumi和Hirose提出的MRI驱动湍流中密度波动幅度的饱和预测。结合的比例关系和饱和度预测允许知道如何的星子的湍流搅拌速率取决于磁盘参数，如气柱密度，距离中心恒星，垂直电阻率分布，和净垂直磁通量。在第二篇论文中，我们将我们的方法应用于星子吸积，讨论它在湍流盘中的可行性。
2013-05-08 astro-ph.EP astro-ph.SR
Convection Enhances Magnetic Turbulence in AM CVn Accretion Disks
我们提出的本地，垂直分层，辐射磁流体动力学剪切盒模拟磁旋转不稳定性（MRI）湍流的（氢穷人）适用于吸积盘在AM CVn型系统的组合物的结果。许多这些吸积的白矮星系统都是矮新星（DNe）的氦类似物。我们利用频率积分的不透明度和状态方程表适合这个政权准确地描绘相关的热力学。我们发现双稳态的热平衡在有效温度，表面质量密度平面通常与磁盘不稳定性。沿着这条平衡曲线（即S曲线），我们发现应力与热压力之比$α$随靠近上支尖端的$\sim 0.15$的峰值而变化。与DNe类似，我们发现对流引起的上支尖端附近的$α$增强;尽管我们选择了零净垂直磁通量，但还是发生了$α$的增加。我们发现DN和AM CVn吸积盘模拟之间的两个显着的区别是，AM CVn盘能够表现出持续的对流爆发，和理想的MHD是有效的整个AMCVn的平静。相比之下，DNe模拟只显示间歇性对流，非理想的MHD效应可能是重要的静止。通过结合我们以前的工作和这些新的结果，我们还发现，对流增强的MRI是与平均分子量呈负相关。
2018-03-12 astro-ph.SR
Effect of Ambipolar Diffusion on the Non-linear Evolution of Magnetorotational Instability in Weakly Ionized Disks
我们研究了双极扩散（AD）在原行星盘中的MRI的非线性演化的作用，使用强耦合限制，这适用于当电子复合时间比轨道时间短得多。在此极限下，AD的影响由无量纲数Am表征，Am是中性粒子与离子碰撞的频率，标准化为轨道频率。我们进行了三维非分层剪切盒模拟的MRI在很宽的范围内的上午以及不同的磁场强度和几何形状。MRI湍流的饱和水平取决于磁几何形状，并随着净磁通量而增加。持续湍流的净通量有一个上限，对应于最不稳定的垂直波长小于圆盘尺度高度的要求。相应地，在给定的Am下，湍流应力α_max存在一个极大值。对于Am<1，最大应力与具有净垂直通量和环向通量的场几何形状相关联。在这种情况下，我们证实了线性分析的结果，表明增长最快的模式具有非零的径向波数的增长率超过纯垂直场的情况下。我们发现，在磁共振湍流饱和状态下，湍流应力α与等离子体β =P_gas/P_mag~1/（2 α）之间存在非常紧密的相关性，且α_max随Am的减小而迅速减小。特别地，我们引用α_max~0.007（Am=1）和α_max~0.0006（Am=0.1）。
2011-03-07 astro-ph.EP astro-ph.SR
A global model of the magnetorotational instability in protoneutron stars
磁星是一种高度磁化的中子星，其磁偶极子的范围从$10^{14}$到$10^{15}$ G。磁共振成像被认为是一种很有前途的机制，可以放大快速旋转的质子中子星的磁场，形成磁星。这种情况得到了许多当地研究的支持，这些研究表明，磁场可以在小范围内被MRI放大。然而，MRI产生偶极场的效率仍然未知。为了回答这个问题，我们研究了磁共振成像发电机在一个理想化的全球模型的快速旋转质子中子星与差分旋转。我们进行三维不可压缩的磁流体模拟在球形几何与显式的扩散率的差分旋转被迫在外边界。我们改变初始磁场并研究了不同的磁边界条件。这些模拟进行了比较，局部剪切盒模拟。我们得到了一个自持湍流磁共振驱动发电机，其饱和状态与初始磁场无关。MRI产生$B \geq 2\times 10^{15}$ G的强湍流磁场和非主导磁偶极子，其系统地表示约为平均磁场强度的$5\%$。有趣的是，这个偶极子是向赤道面倾斜的。我们发现局部剪切盒模型可以相当好地再现全球MRI湍流的几个特征，如动力学和磁谱。尽管如此，局部模型中的湍流比全局模型中的更剧烈。总体而言，我们的结果支持MRI形成类磁铁大规模磁场的能力。他们还预测存在更强的小尺度磁场。由此产生的磁场可能是重要的动力突出的恒星爆炸，如超亮超新星和伽玛射线暴。
2020-11-27 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.flu-dyn
Planetesimal Formation in Magnetorotationally Dead Zones: Critical Dependence on the Net Vertical Magnetic Flux
由磁旋转不稳定性（MRI）驱动的湍流通过诱导尘埃粒子的扩散和碰撞破碎来影响星子的形成。我们研究的条件首选的星子形成在MRI不活跃的“死区”使用分析死区模型的基础上，我们最近的电阻MHD模拟。我们认为，成功的星子形成不仅需要一个足够大的死区（可以由微小的尘埃颗粒），但也足够小的净垂直磁通量（NVF）。虽然经常被忽略，后一个条件确实很重要，因为NVF强度决定了MRI活性层中湍流的饱和水平。我们表明，直接碰撞形成的冰星子跨越碎裂障碍时，NVF强度低于10 mG（最小质量的太阳星云模型）是可能的。在NVF强度的类似范围内，通过长期引力不稳定性形成岩石星子也是可能的。我们的研究结果表明，行星形成的命运在很大程度上取决于NVF是如何径向输送在最初的磁盘形成和随后的磁盘吸积过程。
2012-05-30 astro-ph.EP astro-ph.SR
Numerical simulations of the magnetorotational instability in protoneutron stars: I. Influence of buoyancy
磁旋转不稳定性（MRI）被认为是快速旋转质子中子星磁场放大的一种很有前途的机制。与吸积盘相反，由熵和轻子分数梯度驱动的径向浮力预计具有与旋转和剪切一样重要的动力学作用。我们调查的浮力的MRI的非线性相位的影响知之甚少，通过三维数值模拟的本地模型在赤道平面的质子中子星。Boussinesq近似的使用使我们能够利用剪切箱模型与干净的剪切周期性边界条件，同时考虑到径向熵和成分梯度驱动的浮力。我们发现，显着更强的湍流和磁场在不稳定的流动。另一方面，浮力只有有限的影响湍流的强度和磁场放大的粘性稳定的流动中存在的一个现实的热扩散。然而，在后一种情况下，湍流的性质受到显著影响。特别是，相对于极向分量，磁场和速度的环向分量变得更加占主导地位。此外，我们观察到在稳定的浮力制度的长期生活的连贯结构，如通道流和纬向流的形成。总的来说，我们的研究结果支持的能力，MRI放大磁场显着，即使在稳定分层区域的质子中子星。
2015-04-24 astro-ph.HE astro-ph.SR
Turbulence In the Outer Regions of Protoplanetary Disks. II. Strong Accretion Driven by a Vertical Magnetic Field
我们进行了一系列的本地，垂直分层剪切盒模拟的原行星盘，包括双极扩散和净垂直磁场。我们采用的双极扩散轮廓对应于30 AU和100 AU的最小质量太阳星云（MMSN）盘模型，其中包括一个远紫外电离的表面层和低电离盘内部。这些模拟是Simon等人（2013）的后续研究，其中我们发现，如果没有净垂直场，由磁旋转不稳定性（MRI）引起的湍流应力太弱，无法解释观测到的吸积率。在这项工作中的模拟显示了一个非常强的依赖性的吸积应力的背景垂直场的强度，随着场强的增加，应力振幅增加。对于1 e 4和1 e 5的气体磁压比，我们发现吸积率之间的1 e-8和1 e-7太阳质量每年。这些吸积率与观测限制相一致，表明MMSN盘中30 AU处的垂直磁场强度为60 - 200微高斯，100 AU处的垂直磁场强度为10 - 30微高斯。此外，由于磁风，应力具有不可忽略的分量。对于足够强的垂直场强度，MRI湍流淬灭，并且流动在很大程度上变成层流，通过径向和环向场分量中的大尺度相关性以及通过磁风进行吸积。在所有的模拟中，存在一个低电离区附近的磁盘中平面，我们称之为双极阻尼区，结果在那里减少应力。
2013-08-12 astro-ph.SR
Local Simulations of the Magneto-rotational Instability in Core-Collapse Supernovae
考虑到核心坍缩超新星的应用，我们研究了磁旋转不稳定性（MRI）的非线性性质的三维模拟的框架内的局部剪切盒近似。通过系统地改变表征初生原中子星（PNS）的差旋程度的剪切速率，导出了磁共振所维持的湍流应力与剪切涡度比之间的标度关系。我们的参数测量表明湍流应力（$<< w_{\rm tot}>>$）和剪切涡度比（$g_q$）之间的幂律标度为$<<w_{\rm tot}>> \propto g_q^δ$及其指数$δ\sim 0.5$。MRI放大的磁能相对于湍流应力具有类似的标度，而麦克斯韦应力具有略小的幂律指数（$\sim 0.36$）。通过模拟MRI湍流引起的粘性加热率的影响，我们发现，较强的磁场或较大的剪切速率最初施加导致较高的耗散率。对于自旋周期为毫秒的快速旋转PNS和$10^{15}$ G的强磁场，能量耗散率估计超过$10^{51} {\rm erg\ sec^{-1}}$。我们的研究结果表明，核坍缩超新星的传统磁流体动力学（MHD）机制可能受到MRI驱动的湍流的影响，我们推测，一方面，由于PNS表面剪切转动能量的耗散，可能会损害MHD驱动的爆炸，另一方面，那里的能量沉积可能有利于中微子加热机制的工作。
2012-09-11 astro-ph.HE astro-ph.SR
Coronal Loop Heating by Nearly Incompressible Magnetohydrodynamic and Reduced Magnetohydrodynamic Turbulence Models
光波和湍流在光球层之外的传输是日冕加热问题的核心。采用近不可压缩磁流体动力学（NI MHD）理论模拟了宁静日冕中的湍流，描述了低频湍流在开放磁场区的输运。它描述了耦合的多数准二维和少数板组件的演变，驱动的磁地毯和平流的亚音速，亚Alfvenic流从较低的日冕。本文将NI MHD湍流传输模型与日冕MHD模型耦合，研究日冕环中的加热问题。在一个现实的基准日冕环问题，我们发现，一个环可以加热到150万K的运输和耗散的MHD湍流所描述的NI MHD模型。我们还发现，大多数2D组件是作为重要的少数板组件在加热的冕环。我们比较我们的耦合MHD/NI MHD模型的结果与简化MHD（RMHD）模型。这些模型之间的一个重要区别是，RMHD解决了小规模的速度和磁场波动，并获得与它们的演变相关的实际粘性/电阻耗散，而NI MHD演变的波动速度和磁场的标量矩和近似耗散使用MHD湍流现象。尽管模型之间存在基本差异，但它们的模拟结果非常匹配，在日冕内部产生几乎相同的加热速率。
2023-01-11 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Simulating the magnetorotational instability on a moving mesh with the shearing box approximation
本文将运动网格代码AREPO与Dedner散度清除用于剪切盒MRI模拟，验证线性增长、零净通量湍流、发电机及分层结构，并表明其适合全局盘和大密度变化问题。
2023-09-27 astro-ph.EP astro-ph.HE astro-ph.IM
General relativistic simulations of black hole-neutron star mergers: Effects of tilted magnetic fields
黑洞-中子星（BHNS）双星合并可以形成磁盘，其中磁旋转不稳定性（MRI）引起的湍流可能会驱动吸积到残留的BH上，支持相对论喷流，并为短硬伽马射线暴（SGRB）提供引擎。我们早期对磁化BHNS的研究表明，NS潮汐破坏将磁场缠绕成环形配置，极向场非常弱，以至于用全磁盘模拟捕获MRI需要$\sim 10^8$ CPU小时。在那项研究中，我们施加了赤道对称性，抑制了等离子体穿过轨道平面可能产生的极向磁场。在这里，我们表明，打破这种对称性的初始条件（即，NS中的{ \it倾斜}极向磁场）在盘中产生更强的极向场，这表明通过完全广义相对论MHD模拟将BHNS合并建立为SGRB祖先可能需要非对称初始条件。我们表明，BHNS合并可能会形成一个SGRB引擎在正确的条件下播种的残留磁盘从一个未磁化的BHNS模拟与纯极向场动态不重要的最初，但足够强大，以解决MRI。磁湍流发生在磁盘，驱动吸积和支持坡印廷主导的射流外流足以供电SGRB。
2012-10-09 astro-ph.HE astro-ph.SR
Reduced dimensional description of hydromagnetic turbulence capturing higher order fluid moments
本文将Chandrasekhar湍流理论推广至磁流体，引入时空两点关联张量以描述模式间能量传递，基于Vlasov方程前三阶矩推导守恒关系，并给出关联张量的标量表示，以解决能谱无法解释的观测问题。
2025-09-10 astro-ph.SR physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Perpendicular Ion Heating by Reduced Magnetohydrodynamic Turbulence
最近的理论研究认为，低频阿尔文波湍流中的随机离子加热速率由$Q_\perp = c_1 [(δu)^3 /ρ] \exp(-c_2/ε)$给出，其中$δu$是离子回旋半径尺度下的均方根湍流速度$ρ$，$ε= δu/v_{\perp \rm i}$，$v_{\perp \rm i}$是垂直离子热速度，$c_1$和$c_2$是无量纲常数。我们通过数值模拟强约化磁流体动力学（RMHD）湍流相互作用的测试粒子来测试这一理论结果。在我们的模拟中的加热速率很好地符合这个公式。$c_1$的最佳拟合值为$\sim 1$。$c_2$的最佳拟合值降低（即，随机加热变得更有效）的网格大小和雷诺数的RMHD模拟增加。作为一个例子，在一个$1024^2 \times 256$ RMHD模拟与耗散波数的反离子回旋半径，我们发现$c_2 = 0.21$。我们发现，随机加热是显着强于在一个字段中的随机相位Alfvén波具有相同的功率谱的强RMHD湍流，因为强RMHD湍流的相干结构增加轨道随机性的区域中的离子被加热最强烈。我们发现，$c_1$增加了$\sim 3$的一个因素，而$c_2$的变化很小的离子热速度从值$\ll v_{\rm A}$增加到值$\sim v_{\rm A}$，其中$v_{\rm A}$是阿尔文速度。我们讨论了这些结果的重要性垂直离子加热太阳风。
2013-09-04 astro-ph.SR physics.space-ph
Magnetorotational instability: nonmodal growth and the relationship of global modes to the shearing box
本文用非模态稳定性技术研究了磁旋转不稳定性。尽管许多形式的MRI的谱不稳定性，这被证明是一种自然的分析方法，非常适合于处理线性MRI方程的非自伴性质。我们发现，增长最快的线性MRI结构的本地和全球域可以看起来非常不同的本征模式，总是类似于波剪切与背景流（剪切波）。此外，这样的结构可以在长时间内比最不稳定的本征模快许多倍地生长，并且局限于完全不同的空间区域。这些想法导致-轴对称和非轴对称模式-全球MRI和局部剪切盒近似之间的自然联系。通过说明，增长最快的全球结构是很好地描述了由常微分方程（ODE）管理一个单一的剪切波，我们发现，剪切盒是一个非常明智的近似线性MRI，相反，许多以前的索赔。由于剪切波常微分方程是最自然的理解使用非模态分析技术，我们得出结论，通过分析局部MRI增长在有限的时间尺度上使用这些方法。在很宽的波数范围内的强劲增长表明，非模态线性物理在MRI湍流中可能具有根本的重要性。
2014-07-17 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.flu-dyn
GANDALF: A hardware-agnostic spectral solver for kinetic reduced MHD turbulence
GANDALF是一种基于JAX的谱求解器，用于动能简化的磁流体动力学湍流，通过通用硬件实现高精度计算，降低等离子体湍流研究的门槛。
2025-11-26 astro-ph.IM astro-ph.SR physics.comp-ph
