Linear analyses for the stability of radial and nonradial oscillations of massive stars
为了理解O-B-A型亮星的周期和半周期变化，对大质量演化模型（$8M_\odot - 90M_\odot$）进行了径向和非径向振荡的线性非绝热稳定性分析。除了径向和非径向振动激发的卡帕机制和奇异模式的不稳定性，我们讨论了低程度的振荡对流（非绝热g $^-$）模式的重要性。虽然它们的动能主要局限于由$2\times10^5$ K附近的Fe不透明度峰产生的对流区，但振幅可以出现在光球层，并且应该在一定的有效温度范围内可观察到。它们的周期比径向奇异模的周期长，因此它们似乎是造成LBV（S Dor变量）和$α$ Cyg变量的一些长周期微变的原因。此外，在初始质量大于或等于$60M_\odot$且具有$Z=0.02$的模型中，还发现了单调不稳定的径向模。单调的不稳定性可能对应于光学厚风的存在。不稳定边界大致与Humphreys-Davidson极限一致。
2010-11-22 astro-ph.SR
Thermal Convection in Stars and in Their Atmosphere
热对流是一般恒星中热量传输和混合的主要机制之一，也是我们用天文仪器观测到的发出辐射的光球层中的主要机制之一。本课堂讲稿首先介绍对流在天体物理学中的角色，并解释对流的基本物理。其次是对流模型的概述。随后讨论了基于数值模拟建模的挑战和陷阱。最后，前面介绍的概念的一个特定的应用程序进行了更详细的描述：对流过冲到稳定分层层周围的对流区在恒星的研究。
2020-01-30 astro-ph.SR
Dipole low-order g mode instability of metal-poor low-mass main-sequence stars due to the $\varepsilon$-mechanism
我们分析了贫金属低质量主序星由于$\varepsilon$ -机制的振动稳定性。由于贫金属恒星的外对流区仅限于最外层，因此对流处理的不确定性不会对结果产生显著影响。我们发现，由于$Z\la 6\times 10^{-4}$的$\varepsilon$ -机制，偶极g $_1$ -和g $_2$ -模式肯定变得不稳定。此外，我们发现随着金属丰度的降低，$\varepsilon$机制不稳定性的质量范围向更高的质量扩展。
2012-02-29 astro-ph.SR
Generation of twist on magnetic flux tubes at the base of the solar convection zone
基于Choudhuri，2003，Sol.的理论，利用二维磁流体动力学计算，研究了位于太阳对流层底部的磁通量管的扭曲产生机制.物理、215、31，其中环形磁场被周围的平均极向场包裹。在产生扭曲的过程中，磁通管遵循四个阶段。(1)它迅速分裂成两部分，涡旋运动卷起极向磁场。(2)由于类似于磁旋转不稳定性的物理机制，卷起的极向场被弯曲和放大。(3)扰动极向磁场的磁张力使涡度减小，涡动引起的升力减小。(4)通量管被扭曲，并开始再次上升，而不分裂。这些过程的研究是有意义的，因为它表明，没有任何初始扭曲的磁通管可以上升到表面在相对较弱的极向场。
2012-10-26 astro-ph.SR
Flux-tubes forming instability near the base of the rotating convection zone: A possible explanation for low latitudes of sunspots
从对流层底部到太阳表面的强磁场通量管的上升已被证实是太阳黑子形成的一种可能机制。然而，具有足够强度（~10^5 G）的磁通管的起源还不确定。本文考虑了大尺度环形磁场对流热输运的磁抑制所引起的不稳定性作为通量管形成机制的候选者。考虑采用的分析依赖性的涡流扩散的磁场提供的平均场磁流体力学。的不稳定性往往会产生区域的空间尺度的顺序为100毫米的对流区的底部的场强增加。与11年周期相比，不稳定性的特征增长时间很短。不稳定性开始的阈值场强从赤道附近的几百高斯增加到中纬度的几千高斯。不稳定扰动的增长率随纬度的增加而减小。这些纬度趋势可能是观测到的太阳黑子活动局限于近赤道带的原因。
2020-03-20 astro-ph.SR
Mean-Field Modeling of $α^2$-Dynamo Coupled with Direct Numerical Simulations of Rigidly Rotating Convection
采用笛卡尔几何直接数值模拟方法，探讨了刚性旋转分层对流中大尺度发电机的机制。一个平均场发电机模型也构造使用湍流速度剖面一致提取相应的DNS结果。通过DNS和我们的平均场模型之间的定量比较，它表明，振荡的$α^2$发电机波，激发和维持在对流区，是负责大规模的磁活动，如周期性极性反转和时空迁移。结果提供了强有力的证据表明，不均匀的$α$效应，这是一个自然的旋转分层对流的结果，可以是一个重要的先决条件，大规模恒星发电机，即使没有$Ω$效应。
2014-09-22 astro-ph.SR
The Dominance of Neutrino-Driven Convection in Core-Collapse Supernovae
多维不稳定性已成为核心坍缩超新星（CCSN）理论的重要组成部分。因此，有必要了解主导不稳定性的驱动机制。我们比较我们的参数化三维CCSN模拟与其他浮力驱动的模拟，并提出中微子驱动的对流的标度关系。通过这些比较，我们推断，浮力驱动的对流占主导地位的冲击后湍流在我们的模拟。为了支持这一推论，我们提出了四个主要结果。首先，中微子加热区的对流通量和动能与浮力驱动的对流的预期是一致的。第二，在浮力驱动对流的地方，对流通量为正，动能的径向和切向分量大致均分（即K_r ~ K_θ + K_r）。这两种结果都是浮力驱动对流的自然结果，并且通常在对流模拟中观察到。第三，浮力驱动与湍流耗散相平衡。第四，对流光度和湍流耗散尺度与驱动中微子功率。总之，这四个结果表明，在中微子驱动的爆炸，多维运动是一致的中微子驱动的对流。
2013-06-15 astro-ph.SR
Near-polytropic simulations with a radiative surface
太阳和恒星对流的研究通常采用简单的多方设置使用扩散近似，而不是解决适当的辐射转移方程。这使得人们可以分别控制流体静力学参考溶液的多变指数，顶部和底部之间的温度对比，以及瑞利数和佩克莱数。我们扩展这样的研究，包括辐射转移的灰色近似使用Kramers一样的不透明度与自由可调的系数。我们研究了这些模型的性质，并将其与扩散近似的结果进行了比较。我们使用的是一种高阶有限差分代码，它是一种使用长特征方法处理辐射的代码。源函数由普朗克函数给出。不透明度记为kappa=kappa_0 rho^a T^b，其中b在-3.5到+5之间变化，kappa_0变化四个数量级。我们考虑一组一维模型，并与扩散近似进行比较。除了b=5的情况外，我们发现一维流体静力平衡具有接近多变的层结和接近于n=（3-b）/（1+a）的多变指数，包括对流稳定（n>3/2）和不稳定（n<3/2）的情况。对于b=3和a=-1，n的值是先验未定义的，而$n$的实际值则取决于域的深度。对于大的$κ_0$值，热调节时间变长，Peclet和Rayleigh数变大，温度对比度增加，因此不再是独立的输入参数，除非Stefan玻耳兹曼常量被认为是可调节的。适当的辐射转移与Kramers一样的不透明度提供了一个有用的工具，研究分层层的辐射表面的方式，是更多的物理比什么是可能的多方模型使用扩散近似。
2014-07-16 astro-ph.SR
New Two-Dimensional Models of Supernova Explosions by the Neutrino-Heating Mechanism: Evidence for Different Instability Regimes in Collapsing Stellar Cores
现代意义上的核心坍缩超新星的中微子驱动爆炸机制依赖于流体动力学不稳定性的额外支持，以实现激波的复活。两个可能的候选人，对流和所谓的常设吸积激波不稳定性（SASI），已经提出了这一作用。在本文中，我们讨论了新的成功的模拟超新星爆炸，揭示了这两个不稳定性的相对重要性。虽然对流到目前为止已经观察到增长首先在自洽流体动力学模型与多组中微子运输，我们在这里提出了第一个这样的模拟中，SASI增长更快，而对流的发展最初被抑制。我们说明了这个SASI占主导地位的制度使用27个太阳质量的祖先，这是对比与对流占主导地位的模型8.1太阳质量的祖先与太阳下金属丰度，其早期反弹后的行为是更符合以前的11.2和15太阳质量爆炸模型的爆炸模型的功能。我们分析了区分两种不同制度的条件，表明高质量吸积率和短平流时间尺度有利于强SASI活动。我们还简要讨论了捕获SASI驱动机制的一些重要因素，如广义相对论，祖星结构，导致致密原中子星的核物质状态方程，以及中微子处理。最后，我们评估了我们的研究结果对2D和3D超新星模拟的可能影响。我们的研究结果表明，需要更好地了解SASI和对流的非线性政权。
2012-10-25 astro-ph.SR
Numerical Simulations of Thermohaline Convection: Implications for Extra-Mixing in Low-Mass RGB Stars
已知低质量恒星在它们的辐射带中会经历额外的混合，这些辐射带位于隆起光度之上的红巨星分支（RGB）。为了确定是否盐指运输的化学成分驱动的3He燃烧是足够有效的产生RGB额外的混合，2D数值模拟的热盐对流的物理条件对应的RGB的情况下进行了。我们发现盐指长度与直径的有效比值a_eff < 0.5比重现观测所需的值（a_obs > 7）小十倍以上。另一方面，使用来自线性稳定性分析的热盐扩散系数与a=a_obs一起能够很好地描述所有金属丰度下的RGB额外混合，以至于人们很容易相信它可能代表真正的机制。鉴于这些结果，后续的三维数值模拟的热盐对流的RGB的情况下，显然是必要的。
2010-06-28 astro-ph.SR
Stability Analysis of Strange-Modes in Hot Massive Stars with Time-Dependent Convection
本文对具有含时对流（TDC）的热大质量恒星中的奇异模进行了非绝热分析。在这类恒星的包层中，对流光度不像经典不稳定带红边恒星的包层那样占主导地位。然而，在Fe不透明凸起周围，对流对能量传递的贡献不可忽略。事实上，不稳定的模式激发在铁凸点很可能被抑制与TDC相比，采用冻结对流近似的情况下。但我们确信，即使考虑到TDC，不稳定的奇异模也肯定会出现在热的大质量恒星中。我们还研究了奇异模不稳定性的性质，这与奇异模不稳定没有绝热对应物。在这种类型的不稳定性，密度和压力之间的相位滞后变化从0到$180^{\circ}$在激发区不同于的情况下的$κ$ -机制。此外，我们通过比较模型与$Z=0$和$Z=0.02$，辐射压力的优势是重要的，这种类型的不稳定性。
2014-04-21 astro-ph.SR
The Rotation-Activity Correlations in K and M dwarfs. II. New constraints on the dynamo mechanisms in late-K and M dwarfs before and at the transition to complete convection
本文研究了光谱类型为dK 4 ~ dM 4的样本星的转动-活动相关。我们使用色球数据和日冕数据研究RAC。我们研究了Ca { \sc ii}线表面通量-- $P/\sin i$ RAC。我们用线性同方差和异方差回归模型拟合RAC。我们发现，这些RAC从一个光谱子类型到另一个有很大的不同。对于dM 3和dM 4星，我们发现它们的RAC不能用一个简单的模型来描述，而可能分别存在两种不同的RAC行为。虽然这些结果是初步的，需要确认，数据表明，这些不同的RAC可能与不同的发电机制度。我们还研究了R' $_{HK}$作为Rossby数R $_{0}$的函数.我们发现：（i）对于dK 4星，我们证实了R' $_{HK}$是R $_{0}$的函数，这与F-G-K星的结果一致。(ii)在dK_6、dM_2、dM_3和dM_4星中，我们发现在给定的R_PDMATHABMP下，R'_PDMATHABMO的值分别比F-G-K RAC低3、10、20和90倍。我们的研究结果表明，发电机机制的效率显着降低色球加热之前和dM 3，即之前和TTCC。我们还表明，日冕加热色球加热$L_{X}/L_{HK}$的比例增加了100倍之间的dK 4和dM 4星。
2017-01-26 astro-ph.SR
Supergranule aggregation: a Prandtl number-independent feature of constant heat flux-driven convection flows
本研究通过直接数值模拟，证实了恒定热通量驱动的瑞利-贝纳德对流中，超颗粒聚集机制在跨越4个数量级的普朗特数范围内普遍存在，并分析了其对热和动量输运的影响，凸显了其在地球物理和天体物理对流中的重要性。
2024-01-29 astro-ph.SR physics.flu-dyn
Convective Babcock-Leighton Dynamo Models
我们提出了第一个全球性的，三维模拟的太阳/恒星对流，考虑到磁通量出现的Babcock-Leighton（BL）机制的影响。我们已经表明，包含BL极向源项的对流模拟可以促进循环活动，否则稳定发电机。一些周期性质让人想起太阳观测，例如对流区底部附近的环形通量向赤道传播。然而，在这个年轻的太阳（旋转速度比太阳速率快三倍）的周期是非常短的（$\sim$ 6个月），目前还不清楚是否可以实现更长的周期在这个建模框架内，由于高效率的场生成和传输的对流。即便如此，在三维对流模拟中纳入平均场参数化来解释通量出现等难以捉摸的过程，可能会在未来的太阳和恒星活动周期建模中证明是有用的。
2012-01-12 astro-ph.SR
Supplying angular momentum to the jittering jets explosion mechanism using inner convection layers
我们进行一维恒星演化模拟的质量范围$13-20 M_{\odot}$晚核心崩溃的时间，发现一个内部强对流区与大的特定角动量波动出现在崩溃期间的铁核心的边缘。在坍缩过程中，这一区域的压缩增加了那里的光度和对流速度，使得特定的角动量波动在j_{conv} ~ 5 × 10 ^15 cm ^2/sec的量级。如果我们考虑到三维模拟显示的对流速度比混合长度理论给出的速度大三到四倍，并且在半径约100 km的失速激波的激波后区域中的螺旋形静止吸积激波不稳定性放大了扰动，我们的结论是，在核心崩溃期间发展的波动很可能导致随机（间歇性的）围绕新生中子星的吸积盘。在得出这一结论时，我们还提出了两个基本假设，我们讨论的不确定性。这种间歇性的圆盘可以发射出喷射流，在抖动的喷射流爆炸机制的框架内爆炸恒星。
2021-09-12 astro-ph.HE astro-ph.SR
Helioseismology challenges models of solar convection
对流是能量通过太阳最外层30%传输的机制。众所周知，太阳湍流对流很难在整个对流区进行建模，因为对流区的密度跨越了许多数量级。在本期PNAS中，Hanasoge等人（2012）采用最近的日震观测来推导太阳内部大尺度对流速度振幅的严格经验约束。他们报告的上限远远小于流行的流体动力学数值模拟预测的上限。
2012-08-30 astro-ph.SR physics.flu-dyn
Mechanism of local dynamo action on the Sun
在平静的太阳中，磁场通常被观测为小尺度的磁性元素，“盐和胡椒”，覆盖整个太阳表面。通过使用3D辐射MHD数值模拟，我们证明了这些场是对流区顶层局部发电机作用的结果，其中极弱的“种子”磁场可以局部增长到平均均分场之上（例如，从$10^{-6}$ G“种子”场到超过1000 G的磁性结构）。我们发现，当地发电机行动只发生在一个浅，约500公里深，地下层，从产生的领域被输送到更深的层对流下沉气流。我们证明，所观察到的主导地位的垂直磁场在光球和水平场以上的光球可以解释由发电机产生的多尺度磁回路。
2013-12-03 astro-ph.SR
Tidal flows with convection: frequency-dependence of the effective viscosity and evidence for anti-dissipation
潮汐相互作用在驱动行星和恒星双星系统中的自旋和轨道演化方面很重要，但相关的流体动力学机制仍然不完全清楚。一个关键的机制是潮汐流和对流之间的相互作用。湍流对流被认为是一种有效的粘性阻尼大规模的潮汐流，但有一个长期存在的争议时，潮汐频率超过占主导地位的对流涡旋的周转频率，这种机制的效率。这种高频率状态与许多应用有关，例如在恒星中承载热彗星的潮汐。我们探讨潮汐流动和对流之间的相互作用，使用流体动力学模拟在一个局部的笛卡尔模型的一个小补丁的对流区的恒星或行星。我们采用Boussinesq近似和模拟Rayleigh-Bénard对流，模拟潮汐流作为背景振荡剪切流。我们表明，层流和湍流对流的有效粘度是近似的频率无关的低频率。当强迫频率超过主导对流频率时，有效粘度与潮汐频率的平方成反比。我们还表明，负的有效粘度是可能的，特别是高频率的潮汐强迫，这表明令人惊讶的可能性潮汐反耗散。这些结果得到了一个互补的高频渐近分析，扩展了以前的工作Ogilvie和Lesur。我们讨论了这些结果的影响，解释热彗星的轨道衰变，和其他几个天体物理问题。
2019-12-09 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.flu-dyn
Helicity inversion in spherical convection as a means for equatorward dynamo wave propagation
我们在这里讨论一个纯粹的流体动力学机制来反转的动力学螺旋度，这起着关键作用，在大多数模型的发电机行动旋转对流的周期性磁性的传播方向确定的符号。这种传播为发电机模型提供了一个突出而令人困惑的约束。在太阳中，活动区域首先出现在中纬度地区，然后在一个周期的过程中出现在赤道附近，但大多数以前的全球规模发电机模拟都显示出向极传播（如果它们是周期性的话）。在这里，我们强调一些模拟中，发电机波的传播方向主要是改变了整个大部分的内部的动力学螺旋度的反转，而不是由差异旋转的变化。这往往发生在具有低普朗特数和内部加热的情况下，在局部密度梯度相对较小的区域中。我们分析了这种逆温是如何产生的，并将其与对流的情况进行了对比，对流要么是高度柱状的（即，在这两种情况下，动力螺旋度的典型廓线（北半球大部分地区为负值）反而占主导地位。
2015-12-03 astro-ph.SR
Machine Learning Solar Wind Driving Magnetospheric Convection in Tail Lobes
University of Colorado Boulder（科罗拉多大学博尔德分校）；University of Iowa（爱荷华大学）；University of Bergen（卑尔根大学）；Technische Universität Braunschweig（布伦瑞克工业大学）
为了定量研究全球范围内磁尾叶中磁层对流的驱动机制，我们利用ARTEMIS航天器在深尾和Cluster航天器在近尾的数据。以前的工作表明，在月球附近的叶，我们可以估计对流利用ARTEMIS测量的月球离子速度。在本文中，我们使用机器学习模型分析这些数据集，以确定哪些上游因素驱动不同磁尾区域的叶对流，从而了解控制尾叶动态的机制。我们的研究结果表明，机器学习模型的预测和测试对流速度之间的相关性（>0.75）远远优于多元线性回归模型（~ 0.23 - 0.43）。系统分析表明，IMF和磁层活动对全球磁尾叶等离子体对流有重要影响。
2022-02-09 astro-ph.EP astro-ph.SR cs.LG
Numerical Simulations of Internal Wave Generation by Convection in Water
水的密度最大值在4 ℃，使它非常适合研究内部重力波激发对流：一个不断增加的温度分布是不稳定的对流低于4 ℃，但稳定分层以上4 ℃。我们提出了数值模拟的水状流体在其密度最大值附近的二维域。我们成功地模拟阻尼波的模拟使用线性理论，只要我们不采取弱阻尼限制通常在文献中使用。为了隔离激发内波的物理机制，我们使用新的频谱代码Dedalus来运行我们更详细的模拟的几个简化模型模拟。我们使用的数据从完整的模拟源项在两个简化模型的内波激发对流：体激发对流雷诺应力，和界面强迫通过机械振荡器效应。我们发现在完整的模拟和简化的模拟实现散装激发机制所产生的波之间的协议。界面强迫模拟过度激发高频波，因为它们假设激发是通过羽流的“脉冲”穿透，将能量传播到高频。然而，我们发现真正的激发是平行于界面的羽流的“扫掠”运动。我们的研究结果意味着，散装激发机制是一个非常准确的启发式内波产生对流。
2015-06-17 astro-ph.SR physics.flu-dyn physics.geo-ph
On the angular momentum transport due to vertical convection in accretion discs
吸积盘中角动量输运的机制长期以来一直存在争议。虽然磁旋转不稳定性似乎是一个有前途的过程，低电离区域的吸积盘可能不会经历这种不稳定性。在这封信中，我们重新审视了通过湍流热对流传输角动量的可能性。使用高分辨率的光谱方法，我们表明，强烈的湍流对流可以驱动向外角动量传输的速率，在一定条件下，与光盘的观测兼容。然而，我们发现角动量输运总是比垂直热输运弱得多。这些结果表明，对流可能是另一种方式来解释全球光盘的演变，提供了一个足够不稳定的垂直温度分布可以保持。
2010-02-24 astro-ph.EP astro-ph.SR
The Interaction between Solar Convection and Rotation
本文研究太阳对流与自转的能量耦合，提出流体元膨胀压缩、湍流与惯性振荡共同形成米粒、中米粒及径向和纬向较差自转，并以混合长度模型解释米粒尺度与温度的纬度无关性。
2024-01-18 astro-ph.SR physics.flu-dyn
3D MHD simulations of subsurface convection in OB stars
在主序星的演化过程中，大质量恒星可以在非常接近其表面的地方发展出对流区。这些区域是由与铁离子化相关的不透明峰引起的。Cantiello等人（2009年）发现了光球层下对流运动的存在与早期型恒星光球层中的小尺度随机速度之间的可能联系。这支持了一种物理机制，其中微湍流是由地下对流区触发的波引起的。他们进一步表明，OB星风内部的聚集可能与地下对流有关，对流层也可能是非径向脉动随机激发的原因。此外，铁对流区产生的磁场可能出现在这种大质量恒星的表面。因此，地下对流可能是负责发生可观察到的现象，如线轮廓的变化和离散的吸收组件。这些现象已经被观察了几十年，但仍然缺乏明确的理论解释。在这里，我们提出了初步的结果，从三维磁流体模拟这样的地下对流。
2010-09-22 astro-ph.EP astro-ph.SR
The gravitational heat conduction and the hierarchical structure in solar interior
在局部Tsallis平衡假设下，计算了新定义的太阳内部引力温度，其分布曲线可分为太阳核心区、辐射区和对流区三部分，与太阳的等级结构非常吻合.通过推广傅立叶定律，在天体物理系统中引入了一种新的基于引力温度梯度的热传导机制。这种机制与特征尺度足够大的自引力系统的自引力有关。它可能在太阳内部的天体物理系统中起着重要的作用，导致对流层底部的热量积累，从而激发对流运动。
2014-03-10 astro-ph.SR physics.gen-ph
Vortex Tubes of Turbulent Solar Convection
研究太阳对流的湍流特性对于理解太阳表面观测到的多尺度动力学是极其重要的。特别是，最近的高分辨率观测揭示了无处不在的旋涡结构，数值模拟表明了涡管动力学和磁场组织之间的联系，并显示了涡管相互作用在太阳声波激发机制中的重要性。本文利用辐射流体力学大涡模拟方法研究了太阳表面附近强湍流对流中涡管的形成机制。对模拟数据的分析表明了涡管形成的两个基本过程：1）对流颗粒内部小尺度对流不稳定性的发展; 2）颗粒间剪切流的Kelvin-Helmholtz型不稳定性。我们的分析表明，在这些过程中，涡旋拉伸是太阳上产生小尺度涡度的主要来源。
2012-01-12 astro-ph.SR physics.comp-ph physics.flu-dyn
