Magnetohydrodynamic shallow water equations with the alpha effect: Rossby-dynamo waves in solar--stellar tachoclines
本文研究穿透对流对类太阳恒星塔科林中罗斯比波的影响，提出磁流体动力学浅水方程，发现与α效应相关的新振荡模，其周期对应太阳活动周期，为内部磁性和恒星发电机提供新范式。
2025-10-10 astro-ph.SR
Convective, absolute and global azimuthal magnetorotational instabilities
本文研究了具有方位磁场的Taylor-Couette（TC）流中方位磁旋转不稳定性（AMRI）的对流和绝对形式。我们发现，对流AMRI的域比绝对AMRI的域更宽。实际上，绝对不稳定性对磁TC流实验是最相关和最重要的。绝对AMRI，不像对流的，留在设备中，显示可通过实验检测到的持续增长。我们还研究了全球AMRI在TC流的有限高度使用DNS，并发现其新兴的蝴蝶型结构-向上和向下的行波的形式的时空变化-是在一个非常好的协议与线性稳定性分析，这表明存在两个占主导地位的绝对AMRI模式的流动引起这个全球蝴蝶图案。
2021-05-27 astro-ph.SR physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Explorando el impacto de los gradientes químicos en los procesos de mezcla del interior estelar
本文扩展混合长度理论，考虑化学梯度引起的不稳定性，用于恒星演化模型，以改进白矮星化学分布预测，并与标准MLT及双扩散理论对比。
2024-12-17 astro-ph.SR
Magnetohydrodynamic spectroscopy of a non-adiabatic solar atmosphere
在一个给定的系统中的所有可能的波和不稳定性的量化是至关重要的，和完整的磁流体动力学（MHD）频谱的知识允许一个预测（在）一个给定的平衡态的稳定性。这在许多（天文）物理学科中具有高度相关性，当应用于太阳大气时，它可能会在日珥形成和日冕环振荡等过程中产生各种新的见解。在这项工作中，我们提出了一个详细的，高分辨率的光谱研究的太阳大气，在那里我们使用我们新开发的Legolas代码来计算全光谱与相应的本征函数的平衡配置是基于完全现实的太阳大气模型，包括重力，光学薄辐射损失和热传导。特别注意的是热不稳定性，已知的是负责形成的双折射，连同一个新的前景的热和缓慢的连续性，以及它们如何表现在不同的色球和日冕区域。我们表明，热不稳定性是不可避免的，在我们的太阳大气模型，并存在一定的区域，热，慢，快模式都有不稳定的波模式的解决方案。我们还遇到了慢连续统和热连续统变成纯粹虚的并在虚轴上合并的区域。在这项工作中讨论的光谱清楚地说明，热不稳定性（离散和连续模式）和磁热超稳定传播模式是无处不在的整个太阳大气中，并可能是负责大部分观察到的精细结构和多热动力学。
2021-08-21 astro-ph.SR
Legolas: a modern tool for magnetohydrodynamic spectroscopy
磁流体动力学（MHD）光谱学是许多天体物理学科的核心，从日震学到星震学，太阳日冕（环）地震学，到研究喷流、吸积盘或太阳/恒星大气中的波和不稳定性。磁流体动力学光谱量化所有线性（驻波或行波）波模式，包括过稳定（即增长）或阻尼模式，对于一个给定的配置，实现力和热力学平衡。在这里，我们提出了Legolas，一种新颖的，开源的数值代码来计算完整的MHD频谱的一维平衡与流动，平衡压力梯度，洛伦兹力，离心效应和重力，丰富的非绝热方面，如辐射损失，热传导和电阻率。控制方程在可转换坐标中使用傅立叶表示，线性方程组在重要的高度或径向变化中使用有限元进行离散化，使用相同的实现处理笛卡尔和圆柱形几何形状。一个弱的Galerkin公式的结果在一个广义的（非Hermitian）矩阵特征值问题，和线性代数算法计算所有的特征值和相应的特征向量。我们展示了大量成熟的结果，从磁化，分层大气中的p-和g-模式，在模式相关的冠状环地震学，热不稳定性和离散过稳定的阿尔文模式相关的太阳能辐射，稳定性研究天体物理喷流。我们遇到（准）帕克，（准）交换，电流驱动和开尔文-亥姆霍兹不稳定性，以及非理想的准模式，电阻撕裂模式，磁热不稳定性。高分辨率的使用为以前计算的光谱提供了新的光，揭示了尚未研究的有趣的光谱区域。
2021-06-01 astro-ph.SR
Shear instabilities in shallow-water magnetohydrodynamics
在浅水磁流体力学的框架内，我们研究了水平剪切流的线性不稳定性，受对齐的磁场和分层。各种经典的不稳定性结果，如Høiland的增长率界和霍华德的半圆定理，扩展到这个浅水系统相当一般的配置文件。两个具体的分段恒定速度的轮廓，涡片和矩形射流，分析和渐近研究，它被发现，磁场和分层（弗劳德数测量）一般都是稳定的，但弱不稳定性可以发现在任意大的弗劳德数。数值解计算相应的光滑的速度剖面，双曲线切线剪切层和Bickley射流，为一个统一的背景场。为了理解两种剖面的不稳定性特征，采用了Drazin & Howard（1962）长波渐近分析的推广。对于剪切层，主要的不稳定性的机制被解释在反向传播的Rossby波，从而允许解释的稳定效果的磁场和分层。
2015-01-31 astro-ph.SR physics.flu-dyn
Exact law for compressible pressure-anisotropic magnetohydrodynamic turbulence: toward linking energy cascade and instabilities
本文导出了可压缩压力各向异性磁流体动力学湍流的第一精确定律。对于一个gyrotropic压力张量，我们研究了双绝热的情况下，并显示存在新的通量和源项的确切法律，让人想起的等离子体不稳定条件，由于压力各向异性。霍尔长期示出，使离子尺度修正的确切法律，而不明确影响的压力项。在压力各向同性的限制，我们恢复所有已知的等温和多方封闭的结果。不可压缩极限的回旋系统导致的推广的Politano和Pouquet的法律，其中一个新的{ \it不可压缩}源项被发现，并反映了交流的磁场和动能与不再保守的内能。我们强调了新的法律提供的可能性，以调查湍流级联和不稳定性之间的潜在联系广泛观察到的实验室和天体物理等离子体。
2022-03-24 astro-ph.SR physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Characterization of magneto-convection in sunspots -- The Gough & Tayler stability criterion in MURaM sunspot simulations
我们分析了太阳黑子的模拟，努力了解的对流不稳定性引起的半影和阴影不同的制度的起源。我们应用Gough \& Tayler（1966）的判据，考虑垂直磁场的稳定效应，研究MURaM太阳黑子模拟中的对流不稳定性。我们发现：（1）在表面正下方的一个高度不稳定的浅层，在整个模拟箱中，对流是由光球中的辐射冷却触发的;（2）一个深的本影核（低于-5毫米）稳定，对翻转对流，其基础是一个区域，该区域具有稳定的背景值，渗透着与本影点耦合的细长不稳定性;（3）半影以下的平行于地表的平行不稳定性和半影耦合的波动不稳定性，这些不稳定性起源于深层。（4）颗粒区、半影区和本影区的对流下降气流分别以2km/s、1 km/s和0.1km/s的速度发展，表明颗粒区的对流比半影区的对流更强，而半影区的对流又比接近定常的本影区的对流更强;（5）GT判据概括了太阳黑子磁层顶和近层顶，突出了磁流体动力学（MHD）太阳黑子模型的次光球层的三重性质;最后，（6）Jurčák判据是GT判据在深层的光球对应物。GT标准作为一种诊断工具，揭示了太阳黑子结构的三方性质，在现实的MHD模拟中，在本影，半影和颗粒中具有不同的磁对流制度。
2022-10-31 astro-ph.SR
Parametric Instabilities in Shallow Water Magnetohydrodynamics Of Astrophysical Plasma in External Magnetic Field
这封信讨论了天体物理等离子体薄层的旋转磁流体动力学（MHD）。本文用浅水近似来描述垂直外磁场中具有自由表面的薄等离子体层。垂直磁场的存在从根本上改变了天体物理等离子体中的波过程动力学相比，中性流体和等离子体层中的一个thoroidal磁场。在这种情况下，存在三波非线性相互作用。利用渐近多尺度方法推导了非线性波包相互作用方程：三个磁庞加莱波相互作用、三个磁旋波相互作用、两个磁庞加莱波和一个磁旋波相互作用以及两个磁旋波和一个磁庞加莱波相互作用。衰变不稳定性和参数放大的存在进行了预测。我们发现了以下四种衰变不稳定性：磁庞加莱波衰变为两个磁庞加莱波，磁旋波衰变为两个磁旋波，磁庞加莱波衰变为一个磁庞加莱波和一个磁旋波，磁旋波衰变为一个磁旋波和一个磁庞加莱波。还发现了磁庞加莱波的参量放大、磁旋波的参量放大、磁旋波存在时的磁庞加莱波放大和磁旋波存在时的磁旋波放大等参量放大机制。分别求出了不稳定性增长率和参数放大因子。
2015-12-06 astro-ph.SR physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Thermal instabilities in accretion disks II: Numerical Experiments for the Goldreich-Schubert-Fricke Instability and the Convective Overstability in disks around young stars
本文通过数值实验验证了吸积盘中 GSF 与 COS 两种热不稳定性的理论增长率，发现 GSF 增长更快但近中平面停止，COS 最终主导，并揭示了观测所需分辨率要求。
2023-05-14 astro-ph.EP astro-ph.SR
Interacting tilt and kink instabilities in repelling current channels
我们提出了一个电阻磁流体力学的初始平衡配置包含相邻的，相反方向的，平行的电流通道的数值研究。由于相反方向的电流通道排斥，平衡是一个理想的磁流体动力学倾斜不稳定性。这种倾斜的演变，以前在平面设置中研究，涉及两个磁岛或磁通绳，在阿尔芬时标上进行组合旋转和分离。这反过来又导致创建（近）奇异电流层，提出了严峻的挑战，数值方法。使用我们的开源网格自适应MPI-AMRVAC软件，我们重新审视了可压缩MHD中的平面演化情况，以及其扩展到2.5D和全3D场景。只要第三维度保持可伸缩性，就产生几乎不受平面外磁场分量影响的纯倾斜演变。在所有的2.5D运行中，我们的模拟确实显示了二次撕裂型中断整个近奇异电流片在远非线性饱和制度。在全3D中，两个电流通道都可能易于产生额外的理想扭结变形。我们讨论了倾斜和扭结不稳定性同时作用在暴力，重联主导的演变的影响。在3D中，倾斜和扭结不稳定性都可以通过张力来稳定。作为一个具体的空间等离子体应用，我们认为，相互作用的倾斜扭结不稳定性排斥电流通道提供了一种新的途径，启动太阳日冕物质抛射，明显不同于目前青睐的纯扭结或环面不稳定性路线。
2014-09-16 astro-ph.SR
Thermal baroclinic instabilities in accretion disks I: Combined dispersion relation for Goldreich-Schubert-Fricke Instability and Convective Overstability in disks around young stars
本文研究了年轻恒星周围盘中的热斜压不稳定性，推导了 GSF 和 COS 的组合色散关系并确定了新稳定性判据，发现斜压盘大气始终存在浮力不稳定方向，且长冷却时间下 GSF 模式会伴随相似增长率的 COS 模式。
2024-04-24 astro-ph.EP astro-ph.SR
Non-ideal Magnetohydrodynamic Instabilities in Protoplanetary Disks: Vertical Modes and Reflection Asymmetry
本文用非理想MHD半解析线性扰动理论分析磁扩散率分层的原行星盘，发现反对称垂直模式持续增长并破坏赤道面反射对称，可解释单侧盘风与吸积外流不对称。
2024-07-03 astro-ph.EP astro-ph.SR
Small-scale solar jet formation and their associated waves and instabilities
小尺度喷流的形成、传播、演化和作用的研究，如太阳低层大气能量平衡中的I型和II型针状体、斑点和原纤维，由于详细的观测和复杂的数学建模的结合，已经取得了巨大的进展。本文综述了目前对喷流的认识，它们在太阳低层大气中的形成，以及它们从观测、数值和理论角度的演化。首先，我们回顾了一些结果来描述射流的属性，获得数值，解析和通过高空间和时间分辨率的观测。进一步，我们讨论了流体动力学和磁流体动力学的不稳定性，即瑞利-泰勒和开尔文-亥姆霍兹不稳定性，在喷流演化和它们的作用，通过太阳大气中的能量传输在完全和部分电离等离子体的作用。最后，我们详细讨论了小尺度太阳喷流中磁流体动力学波的产生、传播和能量输运的几种机制。这次审查确定了在理解小规模太阳喷流方面的一些差距，以及观测研究与通过理论研究和数值模拟获得的知识之间的一些不一致。预计随着高分辨率观测仪器的出现，如丹尼尔·K. Inouye太阳望远镜，太阳轨道器，帕克太阳探测器，和太阳立方体卫星的联动成像光谱偏振，结合进一步的理论和计算的发展。
2022-05-19 astro-ph.SR
Magnetic Helicity Reversals in a Cyclic Convective Dynamo
我们研究的作用，磁螺旋度在促进循环磁活动的全球，三维，磁流体动力学（MHD）模拟的对流发电机。该模拟的特点是对流区内存在的环形场的相干带，在南北半球具有相反的极性。在整个周期的大部分时间里，这些带的磁螺旋度在北半球是负的，在南半球是正的。然而，在每个周期的下降阶段，这个半球规则逆转。我们把这归因于一个全球性的重组的磁拓扑结构，这是由跨赤道的带的相互作用引起的。这种带的相互作用似乎是最终负责，或至少与，衰减和随后的逆转的环形带和极场。我们简要地讨论了这些结果的太阳观测的背景下，这也表明了一些潜在的证据环带相互作用和螺旋度反转的影响。
2016-05-31 astro-ph.SR
On the Sweet-Parker model for incompressible visco-resistive magnetic reconnection in two dimensions associated to ideal magnetohydrodynamic instabilities
在二维不可压缩磁流体力学框架下，我们重新研究了著名的磁重联的Sweet-Parker（SP）模型。通过考虑非零粘度，通过磁普朗特数$P_m$重新推导出稳态解。此外，与原始SP模型相反，特别注意流入磁场$B_e$和电流层$L$的长度不一定是固定的并且可以取决于耗散参数的可能性。使用两种不同的理想不稳定的设置，即倾斜和合并模式，形成电流片，我们数值探索的标度关系与电阻率$η$和普朗特数$P_m$在磁重联阶段，并比较了广义稳态SP理论解。通常的Sweet-Parker关系在小$P_m$和$η$值的限制下恢复，特别是归一化重连率简单地为$S^{-1/2} (1 + P_m)^{-1/4}$，其中$S$表示伦德奎斯特数$S = LV_A/η$（$V_A$是特征阿尔文速度）。在较高$P_m$和/或$η$值的相反极限中，获得了与SP模型的显著偏差，其中根据所考虑的设置探索了复杂的依赖性$B_e (η, P_m)$。我们讨论了这些结果的重要性，以正确地解释许多指数增加的数值研究发表在文献中，目的是解释在日冕中观察到的爆发现象。
2022-01-04 astro-ph.SR hep-th
An abrupt change in the stellar spin-down law at the fully convective boundary
本研究利用运动学年龄发现恒星自转减速规律在全对流边界处突变，完全对流恒星角动量损失率更高，或意味着两类恒星的发电机存在本质差异。
2023-06-15 astro-ph.SR
Simulations of fully convective M dwarfs: dynamo action with varying magnetic Prandtl numbers
M矮星是低质量的主序星，是太阳附近数量最多的恒星类型，已知它们具有显著的磁场活动。本工作的目的是探索发电机的解决方案和磁场的完全对流M矮星与不同的磁普朗特数${\rm Pr_M}$，和旋转周期（${\rm P_{rot}}$）为43天。已知${\rm Pr_M}$在发电机作用中起重要作用;低- $\rm Pr_M$和大- $\rm Pr_M$的发电机具有非常不同的性质。我们进行了三维磁流体动力学（MHD）的数值模拟与“星在一个盒子”模型使用恒星参数的M5矮星与$0.21 M_{\odot}$。我们发现发电机的解决方案是敏感的${\rm Pr_M}$。在这个旋转周期的模拟目前的大规模磁场的周期性循环${\rm Pr_M} \leq 2$ ;对于更高的值的周期消失和不规则的解决方案出现。我们的研究结果是一致的，与以前的研究表明，发电机在完全对流星的行为类似的部分对流星。
2022-06-28 astro-ph.SR
The end of super AGB and massive AGB stars I. The instabilities that determine the final mass of AGB stars
文献中有丰富的热脉冲渐近巨星分支（TP-AGB）恒星相关的分析和结果，但在其演化的后期阶段出现的不稳定性，并导致分歧的模型的问题很少得到解决。我们调查的物理条件，原因和后果中断的计算中的大质量AGB星在后期的热脉冲AGB阶段。我们已经彻底分析了太阳金属量8.5太阳质量的恒星的物理结构，并描述了在底部的对流信封（BCE）的物理条件之前，发散。我们发现，由Fe族元素的M壳层电子引起的局部不透明度最大值导致能量过剩的积累，在对流包络的底部偏离热平衡条件，并最终导致计算模型的发散。对于8.5太阳质量的情况下，我们在这项工作中出现的发散时，包层质量约为2太阳质量。剩余的信封质量范围之间的略小于1和2个太阳质量的恒星与初始质量之间的7和10个太阳质量，因此，我们的研究结果是相关的超级AGB星的演化和产量。如果包层由于我们所考虑的不稳定性而被抛出，那么在太阳金属丰度下，电子俘获超新星的发生就可以避免。
2012-04-17 astro-ph.SR
Singular diffusionless limits of double-diffusive instabilities in magnetohydrodynamics
本文研究了不可压缩导电流体的差动旋转粘性流在外加方位磁场作用下的局部不稳定性。在存在磁场的情况下，流体动力学稳定的流动可以在无扩散情况和具有粘性和欧姆耗散的双扩散情况下表现出非轴对称方位磁旋转不稳定性（AMRI）。对短波近似下的振幅输运方程进行稳定性分析，发现无扩散AMRI通过Hamilton-Hopf分岔的阈值是粘性和电阻性AMRI对应于耗散Hopf分岔的阈值的奇异极限，表现为Whitney伞形奇点.只有当磁普朗特数等于1 $\rm Pm=1$时，两种不稳定性之间的平滑过渡才是可能的。在一个固定的$\rm Pm\ne 1$的双扩散AMRI的阈值是由有限的距离在参数空间中相对于无扩散的情况下，即使在零耗散限制。完全中性稳定曲面包含三个Whitney伞奇点和两个相互正交的自相交区间。在这些奇点的双扩散系统减少到一个边际稳定的系统，这是哈密尔顿或宇称时间（PT）对称。
2017-05-14 astro-ph.SR math-ph math.DS
Emergence of magnetic flux generated in a solar convective dynamo. I: Formation of Sunspots and Active regions, and Origin of Their Asymmetries
我们提出了一个现实的太阳黑子和活动区形成的基础上出现的太阳对流发电机产生的通量束的数值模型。为此，我们使用的磁场和速度场在太阳对流发电机模拟的顶部边界附近的水平层，以驱动现实的辐射磁流体动力学模拟的对流区的最上层。主要结果如下：（1）出射的通量束以对流上升流的平均速度上升，并分裂成小尺度的磁性元素，这些磁性元素进一步上升到光球层，在光球层中，通过小尺度磁性元素的合并形成双极黑子对。(2)丝状半影结构在太阳黑子通过持续的通量出现而仍在增长时形成。与经典的Evershed效应相反，在半影区的大部分区域内，流入流似乎占上风。(3)一个形成良好的太阳黑子是一个大部分是单一的磁性结构，它被锚定在一个持久的深层次下沉通道中。点外的流场显示出一个巨大的涡环，包括15 Mm深度以下的流入和15 Mm深度以上的流出。(4)太阳黑子成功地再现了观测到的太阳活动区的基本特性，包括具有更强场强的更连贯的领先黑子，以及双极太阳黑子对的正确倾斜。这些不对称性可以链接到的内在不对称性的磁场和流场适应对流发电机模拟。
2017-08-16 astro-ph.SR
Dynamic Coupling of Convective Flows and Magnetic Field during Flux Emergence
为了更好地理解太阳内部与日冕的能量耦合，我们模拟了磁通量绳从太阳对流区到日冕的浮力上升。磁流体动力学模型解决了辐射冷却，日冕加热和电离的物理问题，使我们能够产生一个更真实的太阳大气模型。模拟显示了磁通量在光球层出现并合并形成两个极性相反的大浓度的过程。我们发现，在对流区的大尺度对流运动是至关重要的形成和维持太阳黑子，而在近地层的水平会聚流阻止集中的极性分离。太阳黑子在对流区的足点表现出一致的旋转运动，导致日冕场螺旋度的增加。在这里，对流的局部结构导致相反极性的磁通量与沿极性反转线的剪切流会聚。在磁绳上升过程中，磁能首先通过光球层的出露注入，然后通过水平流输送能量，最后被淹没流潜回对流区。
2011-11-07 astro-ph.SR
Impact of subsurface convective flows on the formation of sunspot magnetic field and energy build-up
强烈的太阳耀斑发生在$δ$ --以单个半影中相反极性的磁通量为特征的斑点。对流湍流会强烈影响通过从对流区到光球层的通量出射形成太阳黑子。对流对$δ$ -斑的形成有多重要还没有被证明。本研究的目的是揭示对流区对流对太阳黑子磁场形成和演化的影响。利用辐射磁流体动力学程序R2D2模拟了对流区磁通量管的出现和输运过程。我们进行了93个模拟，通过分配扭曲的通量管在对流区的不同位置。结果，$δ$型和$β$型磁场分布仅由通量管周围对流的差异再现。$δ$ -斑是由光球上正负磁通量碰撞而形成的。$δ$斑点的单极和双极旋转是由磁扭曲和扭动驱动的，将磁螺旋度从对流区传输到日冕。我们探测到光球层中的非势磁场分布与对流区中下降羽流的位置之间有很强的相关性。在通量出现前h，可检测到$20$ - $30$的相关性。结果表明，通过探测对流区的下降流剖面，可以在光球层出现磁通量之前预测光球层的高自由能区。
2022-09-13 astro-ph.SR
Chromospheric Heating by MHD Waves and Instabilities
色球层在太阳大气层内的质量和能量传输中的重要性现在已被广泛认识。本文综述了大尺度色球结构和磁通量管中的磁流体力学（MHD）波和不稳定性的物理机制。我们强调了一些关键的观测方面，帮助我们了解太阳色球层在各种动态过程和波动现象中的作用，并讨论了太阳色球层的加热方案。该审查的重点是波的物理学和调用的背景下，这一重要的太阳大气层的等离子体不稳定性的基础知识。潜在的影响，未来的趋势和悬而未决的问题也划定。
2021-04-05 astro-ph.SR
Star-in-a-box simulations of fully convective stars
背景：质量小于$0.35 M_\odot$的主序星是完全对流的。目的：目标是研究对流，差分旋转，发电机作为旋转的功能，在完全对流的恒星。研究方法：三维流体动力学和磁流体动力学的数值模拟与星在一个盒子模型，其中一个球形的明星是沉浸在一个笛卡尔立方体内，被使用。该模型对应于$0.2M_\odot$ M5矮星。旋转周期（$P_{\rm rot}$）之间的4.3和430天的探索。结果如下：缓慢旋转的模型与$P_{\rm rot}=430$天产生反太阳的差异旋转与一个缓慢的赤道和快速的两极，以及主要是轴对称的准稳态大尺度磁场。对于中等自转（$P_{\rm rot}=144$和$43$天），差异自转是类似太阳的（快赤道，慢两极），大规模的磁场大多是轴对称的，要么是准静止的，要么是循环的。后者发生在一个类似的参数制度，在其他数值研究中的球壳，周期类似于观察到的周期在完全对流的恒星具有可比的$P_{\rm rot}$。在快速旋转制度的差异旋转是弱的，大规模的磁场越来越非轴对称的主导$m=1$模式。这个大规模的非轴对称领域也表现出方位角发电机波。结论：星在一个盒子模型的结果同意模拟部分对流晚型恒星在球壳中的差异旋转和发电机制度的过渡发生在类似的旋转制度的科里奥利（逆Rossby）数。部分对流恒星和完全对流恒星之间的这种相似性表明，产生差异旋转和大尺度磁性的过程对恒星的几何形状不敏感。
2021-03-10 astro-ph.SR
Gravitational Waves and Hydromagnetic Instabilities in Rotating Magnetized Neutron Stars
我们对旋转多变中子星中极向磁场进行了非线性广义相对论理想磁流体动力学模拟。我们有三个主要目标：i）了解非旋转和旋转中子星中极向磁场固有的磁流体动力学不稳定性的本质，ii）探索稳定平衡配置的可能空间，以及iii）了解由灾难性重新配置引起的引力波发射与巨型磁星耀斑相关的磁场。我们的主要物理贡献可概括如下：i）磁星耀斑引起的f模式的引力波不太可能在当前或不久的将来一代的引力波观测站中被检测到，ii）来自在中子星内部传播的阿尔芬波的引力波更有可能是候选者，尽管这种解释依赖于这些模式的未知阻尼时间，iii）从我们的模拟中导出的任何磁场平衡被表征为非轴对称的，其大约65%的磁能在极向场中，iv）旋转作用以分离我们的系统中不同不稳定性的时间尺度，由于延迟的扭结不稳定性，静脉曲张模式起着更主要的作用，以及v）尽管扭结模式的增长速率减慢，但它总是存在于我们的模拟中，甚至对于旋转周期与阿尔芬时标具有相同量级的模型也是如此。
2012-03-15 astro-ph.SR gr-qc
Notes about collapse in magnetohydrodynamics
本文讨论了不可压缩流体在理想磁流体力学中，在有限时间内磁场奇异性形成的可能过程--磁塌缩问题。从各种天体物理学应用的角度来看，这个过程是非常重要的，特别是作为太阳对流区磁丝形成的机制。崩溃的可能性与连续分布的磁场线的可压缩性有关。帕克在1963年首次考虑了一个著名的例子，即在给定速度场的运动发电机近似中形成磁丝，这个例子表明磁场的增加在时间上是指数的。在感应方程的运动学近似的情况下，磁丝的形成示出发生在具有双曲线速度分布的区域。
2022-02-15 astro-ph.SR physics.flu-dyn
Magnetohydrodynamic convection in accretion discs
对流已经在吸积盘领域讨论了几十年，既作为角动量传输的手段，也因为它通过热传输控制盘的垂直结构的作用。如果气体被充分电离并被弱磁场穿过，对流可能以非平凡的方式与磁旋转不稳定性（MRI）相互作用。最近，垂直分层的MRI局部模拟报告了相当大的变化，角动量输运，测量的应力与热压力比$α$，当对流被认为是存在的。虽然MRI湍流可以作为对流的热源，但不清楚不稳定性如何动态地相互作用。在这里，我们的目标是调查控制数值实验中的两个不稳定性之间的相互作用，从而隔离它们的相互作用的一般特征。我们进行垂直分层，三维MHD剪切盒模拟与保守的，有限体积的代码PLUTO的完美气体状态方程。我们发现两个不稳定性之间的相互作用的两个特征的结果：直MRI和MRI/对流周期，后者表现出交替阶段的对流为主的流（在此期间的湍流运输是弱的）和MRI为主的流。在后一阶段，我们发现$α$增强了近一个数量级，达到峰值$\sim 0.08$。此外，我们发现，在非线性阶段的对流采取大尺度和振荡的对流单体的形式。对流也可以帮助MRI持续降低Rm。最后，我们讨论了我们的结果如何帮助解释模拟矮新星。
2021-04-06 astro-ph.HE astro-ph.SR
Magnetohydrodynamic simulations of A-type stars: Long-term evolution of core dynamo cycles
针对早型星对流核发电机与磁活动周期问题，通过2.2 M⊙A型星三维模拟，首次定量分析磁周期与自转周期的关系，发现磁周期随自转周期减小而增加，为Ap/Bp星磁性研究提供新依据。
2024-09-26 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Magnetohydrodynamics of stably stratified regions in planets and stars
稳定分层层存在于恒星内部（辐射区）以及行星内部-最近的观测和地球磁场的理论研究似乎表明，在液态外核的顶部存在一个薄的稳定分层层。我们提出了直接的数值模拟，这是一个轴对称的球形Couette流嵌入在偶极磁场中的稳定分层流体建模。对于强磁场，一个超旋转剪切层，旋转近30%的速度比施加之间的内部对流发电机区域和外边界的旋转速率差，在稳定分层区域中产生。在地球的背景下，与以前认为的相反，我们表明，这种超旋转可能会延伸到地球磁旋制度，如果密度分层是足够大的。相应的差分旋转触发磁流体动力学不稳定性和波的分层区域，其功能的增长率与所观察到的时间尺度的地磁长期变化和颠簸。在恒星的背景下，我们进行了线性分析，这表明，类似的不稳定性可能会出现，我们认为，它可能会发挥作用，解释所观察到的中等质量恒星之间的磁性二分法。
2019-10-09 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.flu-dyn
Investigating global convective dynamos with mean-field models: full spectrum of turbulent effects required
湍流效应对太阳和恒星中发电机的作用仍有争议。平均场（MF）理论提供了一个广泛使用的框架，将这些影响的基本磁流体力学。虽然无法观测，湍流效应可以直接研究使用全球对流发电机（GCD）模拟。我们测量湍流输运系数方面的湍流效应，MF框架的基础上，从一个示例性的GCD模拟使用测试场方法。然后，这些系数被用作MF模型的输入。我们发现MF和GCD解之间有很好的一致性，这验证了我们的理论方法。这个协议要求包括所有的湍流效应，甚至那些迄今为止被认为是不重要的。我们的研究结果表明，简单的发电机模型，通常用于太阳和恒星社区，依赖于非常少，精确微调的湍流效应，可能不能代表发电机在全球对流模拟和天文对象的完整动态。
2021-10-05 astro-ph.SR physics.flu-dyn
The magnetohydrodynamic instability of current-carrying jets
磁流体动力学不稳定性可以导致天体物理喷流中各种尺度结构的形成。本文研究了同时含有方位和轴向亚热强度场的射流的稳定性。理论模型表明喷流中存在一个具有复杂拓扑结构的磁场，这与最近的观测结果是一致的。通过对理想磁流体动力学方程的线性分析，讨论了稳定性。我们认为，在方位角和轴向磁场的射流总是不稳定的非轴对称扰动。即使这些场分量的强度相当，稳定也不会发生。如果轴向场弱于方位场，则对于任何方位波数$m$的扰动都会发生不稳定性，并且对于低的$m$值，增长率达到饱和值。如果轴向场强于环向场，则不稳定性表现为具有相对高的$m$的扰动。
2010-10-18 astro-ph.HE astro-ph.SR
Explaining the coexistence of large-scale and small-scale magnetic fields in fully convective stars
尽管缺乏一个剪切丰富的速跃层区域，低质量的完全对流的恒星能够产生强大的磁场，这表明一个发电机机制，从根本上不同的太阳发电机是在这些对象的工作。提出了一个低质量完全对流星磁场产生的自洽三维模型。该模型利用滞弹性磁流体动力学方程模拟旋转球体中的可压缩对流。一个分布式发电机工作在模型中自发地产生一个偶极主导的表面磁场的观察强度。这个磁场与外层湍流对流的相互作用将其撕碎，产生携带大部分磁通量的小尺度磁场。塞曼多普勒成像技术应用于合成光谱偏振数据的基础上，我们的模型恢复大部分的大规模领域。我们的模型同时再现的形态和大小的大规模的领域，以及小规模的低质量完全对流恒星上观察到的领域的大小。
2015-10-19 astro-ph.SR physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Linking dissipation-induced instabilities with nonmodal growth: the case of helical magnetorotational instability
螺旋磁旋转不稳定性是已知的工作与阻力旋转流与陡峭的负或非常陡峭的正剪切。当允许一些轴向电流流过旋转流体时，剪切力的相应下限和上限Liu连续连接。使用局部近似，我们证明了这种耗散引起的不稳定性的磁流体动力学行为是密切相关的非模态增长和伪谱的基本纯流体动力学问题。
2016-04-25 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.flu-dyn
First Calculations of Starspot Spectra based on 3D Radiative Magnetohydrodynamics Simulations
本文首次利用三维辐射磁流体力学模拟（MURaM）和逐条射线辐射转移（MPS-ATLAS）计算 G2V、K0V、M0V 恒星黑子光谱，发现传统一维近似对 K0V 和 M0V 恒星误差可达约 50%，而对 G2V 恒星误差小于 10%。
2024-11-22 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.IM
Hydromagnetic Instabilities in Neutron Stars
在广义相对论中，我们假设多方状态方程，建立了中子星极向磁场的非线性理想磁流体动力学模型。我们确定熟悉的磁流体模式，特别是“香肠/静脉曲张”模式和“扭结”固有的极向磁场的不稳定性。这种演化主要是由扭结不稳定性引起的，它导致了磁场的灾难性重构。系统随后演化到新的、非轴对称的、准平衡的最终状态。这个稳定的准平衡分支的存在可能会对磁星物理学产生影响，包括耀斑的产生机制和准周期振荡的解释。
2011-05-24 astro-ph.SR gr-qc
Buoyancy Instabilities in Degenerate, Collisional, Magnetized Plasmas
在低碰撞等离子体中，由于磁场的各向异性热传导导致任何非零温度梯度的浮力不稳定性。我们研究了简并{ \it碰撞}等离子体中类似的不稳定性，即，当电子碰撞频率比电子回旋频率大时。虽然热传导在这个极限下几乎是各向同性的，但是小的残余各向异性确保了碰撞简并等离子体也是对流不稳定的，与温度梯度的符号无关。我们发现，不稳定的波长范围是独立的磁场强度，而生长时间随磁场强度降低而增加。我们讨论了这些碰撞浮力不稳定性在白矮星和中子星中的应用。简并等离子体的磁张力和低比热极大地限制了它们的有效性;最有希望的生长场所是年轻的弱磁化中子星（$B \lesssim 10^9$ G）的液体海洋和年轻的高磁场白矮星（$B \sim 10^9$ G）的核心。
2009-09-16 astro-ph.HE astro-ph.SR
Interactions between tidal flows and magnetic fields in stellar/planetary convective envelopes
本文首次通过非线性MHD模拟研究恒星/行星对流包层中潮汐流与磁场的相互作用，揭示弱磁场下纬向流改变潮汐耗散并产生环向场，而强磁场抑制纬向流，两种状态对低质量恒星均可能相关。
2024-11-25 astro-ph.EP astro-ph.SR
Three-dimensional evolution of magnetic and velocity shear driven instabilities in a compressible magnetized jet
在电阻磁流体力学框架下，研究了用平面中性/电流双涡面模拟的可压缩磁化射流的三维磁场和速度剪切联合驱动的不稳定性问题。流+电流片相互作用所产生的动态进行了分析，并考虑了基本字段的可变几何形状的影响。根据基本的渐近磁场位形，可以得到线性不稳定模式的选择规则。因此，该系统遵循两阶段的路径发展，要么通过一个完全三维的动态与快速演变的扭结模式导致最终的湍流状态，或者更确切地说，通过一个驱动二维不稳定模式，发展上的平行平面上的重连+合并过程发生。
2009-06-29 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Magnetic Wreaths and Cycles in Convective Dynamos
太阳型恒星表现出丰富多样的磁活动。为了探索这种活动的对流起源，我们进行了一系列的全球三维磁流体动力学（MHD）模拟与滞弹性球谐（ASH）代码。在这里，我们报告的发电机机制实现的人工扩散的影响系统地减少。模拟是在太阳值的三倍（3 $Ω_\odot$）的标称旋转速率下进行的，但类似的动力学也适用于太阳。我们以前的模拟表明，对流发电机可以建立持久的环形磁通结构（磁环）中的湍流对流区和高转速促进循环逆转这些花圈。在这里，我们证明，磁循环也可以通过减少扩散，从而增加雷诺数和磁雷诺数。在这些更加湍流的模型中，扩散过程不再在建立和维持差动旋转和磁环的关键动力学平衡中发挥重要作用。磁反转是由于对流运动的极向磁感应不平衡，在较高的扩散水平是稳定的。此外，湍流水平的提高导致环形磁环中更大的不稳定性，促进了从我们模拟域的内部深处上升到上部区域的浮力磁环的产生。本文还讨论了这种磁浮力对太阳和恒星通量出现的影响。
2012-11-13 astro-ph.SR physics.comp-ph
Nonmodal analysis of helical and azimuthal magnetorotational instabilities
螺旋和方位角磁旋转不稳定性在旋转磁化流中具有相对陡峭的负剪切或非常陡峭的正剪切。相应的下限和上限刘极限的剪切，这决定了这些不稳定性的模式增长的阈值，连续连接时，一些轴向电流被允许通过旋转流体。我们调查的非模态动力学所产生的非正常的剪切流在当地的近似，概括的模态方法的结果。它表明，适度的瞬态/非模态放大的两种类型的磁旋转不稳定性发生在刘限制，根据模态分析系统是稳定的。我们表明，螺旋磁旋转不稳定性，这种磁流体动力学行为是密切相关的非模态增长的基本纯流体动力学问题。
2017-07-25 astro-ph.SR physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Nonlinear theory of magnetohydrodynamic flows of stratified rotating plasma in two-layer shallow water approximation. Rossby waves and their three-wave interactions
本文研究了在垂直外磁场中自由表面的引力场中天体物理等离子体薄层的旋转磁流体动力学流动。在两层浅水近似下，将等离子体分为两层不同密度的介质，在外加磁场中得到磁流体动力学方程。在β平面近似下，得到了外磁场中旋转分层等离子体的浅水方程组。对于垂直或水平磁场形式的稳定初始条件，已经发展出线性理论，并且已经找到了磁Rossby波形式的解，并对它们进行了修改，以描述分层效应。色散曲线的定性分析表明，存在三波非线性相互作用的磁Rossby波的每个固定的解决方案。参数不稳定性的外观和他们的增量被发现。
2019-07-01 astro-ph.SR physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Smoothed particle magnetohydrodynamics
光滑粒子磁流体动力学已经达到了一个成熟的水平，使广泛的天体物理问题的研究。在这篇综述中，现代SPMHD方法的数值细节进行了描述。SPMHD的三个基本组成部分是在时间上演化磁场、从磁场计算加速度以及保持对磁场的无发散约束（无单极子）的方法。SPMHD中这三个要求之间的联系将在整个过程中得到强调。本综述的重点是在实践中运作良好的方法，并讨论为什么它们运作良好，而其他方法不。将讨论数值不稳定性，以及克服它们的策略。非理想的MHD效应的列入将被提交。将讨论进一步改进的可能途径的前景。
2023-11-22 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.HE
