Nonmodal growth of the magnetorotational instability
我们用非模态方法分析了磁旋转不稳定性（MRI）在短时间内的线性增长。我们的研究结果是完全不同的标准结果，说明剪切波能量可以增长在最大的MRI率，$-dΩ/d \ln r,$的任何选择的方位角和垂直波长。此外，通过比较剪切波的增长与静态结构，我们表明，在短时间尺度剪切波将永远是动态的更重要的比静态结构在理想的限制。通过证明快速线性增长是可能的，在所有波长，这些结果表明，非模态线性物理可以在MRI湍流中发挥重要作用。
2014-06-25 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Magnetorotational Dynamo Action in the Shearing Box
本文在剪切盒近似下，研究了无外加净磁通量时由磁旋转不稳定性引起的磁发电机作用。与最近的研究一致，发电机的行动被发现是敏感的纵横比的盒子：这是更容易获得高盒（在垂直于磁盘平面的方向拉伸）比长盒（在径向方向拉伸）。我们的直接数值模拟表明，发电机是可能的，在这两种情况下，给定一个足够大的磁雷诺数。为了解释相对较大的努力，需要获得发电机行动在一个长的盒子，我们建议，最有效地折叠和混合的磁场线在径向方向上的不稳定性所造成的湍流涡流。因此，在长箱中，所产生的强方位（流向）磁场的尺度总是与湍流涡旋的尺度相当。相反，在高盒子中，方位角磁通量在垂直方向上传播超过湍流涡旋尺度的距离。其结果是，不同的垂直截面的高箱渗透的大规模非零方位磁通量，促进不稳定性。与此相一致，发电机有效时的情况下，其特征在于由一个强的方位角磁通量的磁不稳定性。
2017-04-27 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.flu-dyn
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
Saturation of the magnetorotational instability in the unstratified shearing box with zero net flux: convergence in taller boxes
以前的研究中的一个特定类型的剪切盒模型的非线性制度的磁旋转不稳定性-未分层，没有净磁通量-发现，没有明确的耗散（粘度和电阻率）的饱和振幅随数值分辨率的增加而减小。我们发现，这一结果是强烈依赖于计算域$L_z/L_x$的垂直纵横比。当$L_z/L_x\lesssim 1$，我们恢复以前的结果。然而，当垂直域扩展到$L_z/L_x \gtrsim 2.5$时，我们发现应力的饱和水平大大增加（给出应力与压力之比$α\gtrsim 0.1$），而且结果与数值分辨率无关。与以前的结果相一致，我们发现，饱和的MRI在这个制度是由一个循环发电机，产生补丁的强环向场，开关的符号在垂直方向上的尺度$L_x$。我们推测，当$L_z/L_x\lesssim 1$，发电机被抑制的垂直域的小尺寸，导致令人费解的饱和振幅分辨率的依赖性。我们表明，以前的玩具模型开发来解释MRI发电机与我们的研究结果是一致的，并且在分层剪切盒模拟（导致所谓的蝴蝶图）中观察到的环形场的循环模式也可能是相关的。在高框的饱和振幅是不敏感的显式耗散是否包括在计算中，至少对于大的磁雷诺数和普朗特数。最后，我们表明MRI湍流在高域有一个较小的临界$\rm{Pm}_c$，和延长的寿命相比，$L_z/L_x\lesssim 1$框。
2015-12-03 astro-ph.HE
Large scale dynamo action precedes turbulence in shearing box simulations of the magnetorotational instability
我们研究发电机产生（指数增长）的大规模（平面平均）领域的非分层剪切盒模拟的磁旋转不稳定性（MRI）。与以前的研究仅限于水平（$x$-$y$）平均，我们证明了存在大规模的字段时，无论是水平或垂直（$y$-$z$）平均。通过计算平面平均场和功率谱，我们发现大规模的发电机行动在早期的MRI生长阶段-一个以前未确定的功能。快速增长的水平低模式和基准垂直模式在一个狭窄的波数范围内放大这些平面平均场的MRI增长阶段，湍流集之前。大尺度场增长需要线性波动而不是非线性湍流（如由模式-模式耦合定义的），并且作为MRI的直接全局模式增长。只有通过垂直平均，才能表明水平低波数MRI模式的增长直接反馈到初始垂直场，提供了关于为什么大尺度垂直场在饱和状态下维持对抗湍流扩散的线索。我们计算平面平均场方程中的项，以确定垂直和水平平均对大尺度场增长的个体贡献。发现从这种垂直平均获得的大规模场与Ebrahimi\& Blackman之前研究的全球圆柱模拟和准线性分析分析相当。我们讨论了这些新的结果，了解大规模MRI发电机饱和和湍流的潜在影响。
2016-05-11 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Fully kinetic shearing-box simulations of magnetorotational turbulence in 2D and 3D. I. Pair plasmas
磁旋转不稳定性（MRI）是决定天体物理吸积盘宏观动力学的基本机制。在超大质量黑洞周围的无碰撞吸积流中，MRI驱动的等离子体湍流级联到微观（即动力学）尺度可以导致增强的角动量传输和再分布，非热粒子加速，以及电子和离子不均匀加热的双温状态。然而，这种微观物理学不能用通常用于研究MRI的标准磁流体动力学（MHD）方法来捕获。在这项工作中，我们探讨了MRI湍流在一对等离子体的非线性发展，采用完全动力学粒子在细胞（PIC）模拟在二维和三维。首先，我们彻底研究了轴对称MRI与二维模拟，解释如何以及为什么二维几何产生的结果，从MHD的预期有很大的不同。然后，我们进行了最大的（迄今为止）3D模拟，我们采用了一种新的剪切盒的方法，证明了3D PIC模型可以重现中尺度（即MHD）MRI动力学在足够大的运行。通过我们的完全动力学模拟，我们能够描述由无碰撞MRI驱动的非热粒子加速和角动量输运。由于这些微观过程最终导致在吸积等离子体中发射出潜在的可测量辐射，因此我们的工作对于从第一原理理解当前和未来的观测具有首要意义，超越了流体（MHD）模型的限制。虽然在这第一项研究中，为了简单起见，我们专注于对等离子体，但我们的结果代表了设计更逼真的电子-离子模拟的重要一步，我们将在未来的工作中专注于此。
2022-06-14 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Magnetohydrodynamics in a Cylindrical Shearing Box
我们开发了一个框架磁流体动力学（MHD）模拟在一个局部的圆柱形剪切盒通过扩展的笛卡尔剪切盒的制定。从基本MHD方程的守恒关系出发，考虑到物理量的径向依赖性，我们在模拟箱的径向边界处构造了剪切周期条件。我们证明了准稳态质量吸积，这是不能处理的标准笛卡尔剪切盒模型，与理想的MHD模拟在一个垂直非分层的圆柱形剪切盒高达200转。在这个演示运行中，我们建立了（i）净垂直磁通量，（ii）一个局部等温状态方程，（iii）一个子开普勒平衡旋转，而声速和初始阿尔芬速度有相同的径向依赖的开普勒速度。向内的质量吸积被诱导以自洽的方式与由磁旋转不稳定性触发的MHD湍流的向外角动量通量平衡。我们讨论了详细的物理性质的饱和磁场，在笛卡尔剪切盒模拟的结果进行比较。
2019-07-02 astro-ph.EP astro-ph.HE astro-ph.SR
Wave interference as the origin of the cyclic magnetorotational dynamo in accretion disks: insights from weakly nonlinear theory and local shearing box simulations
Institute for Advanced Study（高等研究院）；Princeton University（普林斯顿大学）；Perimeter Institute for Theoretical Physics（基础物理研究所）
本文通过弱非线性理论和局部剪切箱模拟，揭示了磁旋转不稳定性在吸积盘中产生大尺度循环发电机的波干涉机制，预测了周期和振幅的标度关系。
2026-05-08 astro-ph.EP astro-ph.HE astro-ph.SR
The Saturation Limit of the Magnetorotational Instability
对均匀剪切盒中磁旋转不稳定性（MRI）的模拟表明，磁场的渐近强度随着分辨率的增加而急剧下降。在这里，我模型的MRI驱动发电机作为一个大规模的发电机驱动的垂直磁螺旋通量。这种增长是由二次不稳定性驱动的大规模混合平衡的。饱和磁能密度几乎与典型涡流的垂直高度成线性关系。MRI可以驱动具有任意大的垂直波数的涡流，因此涡流厚度由扩散效应、由大尺度垂直场分量的磁张力或由磁浮力效应设定。在均匀，零磁通量，模拟只有第一个效果适用和发电机的饱和极限是由显式或数值扩散。确切的结果取决于数值的细节，但与以前的工作是一致的，包括声称饱和场能量作为气体压力的四分之一功率（我们解释为数值耗散的伪影）。随着模拟分辨率的增加，均匀剪切盒中的磁能密度将趋于零，但这对发电机或真实吸积盘中的角动量输运没有影响。饱和状态取决于磁普朗特数的说法也可能是模拟的人工制品，其中微物理传输系数设置MRI涡流厚度。最后，MRI发电机的效率是阿尔文速度与压力标度高度和局部剪切力的乘积之比的函数。当从下方接近统一时，发电机达到最大效率。
2009-02-05 astro-ph.HE 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
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
Particle-in-cell Simulations of the Magnetorotational Instability in Stratified Shearing Boxes
本研究针对黑洞周围低光度吸积盘的无碰撞磁旋转不稳定性，开展带净垂直场分层剪切盒的二维三维PIC模拟，发现盘膨胀、外流、类发电机过程等，证实非热粒子加速幂律分布，为低光度吸积盘MRI效应建模迈出第一步。
2023-08-23 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Stochastic Particle Acceleration in Turbulence Generated by the Magnetorotational Instability
我们研究吸积流中的随机粒子加速。磁旋转不稳定性（MRI）在吸积流内部产生湍流，而宇宙射线（CR）被湍流加速。我们计算的运动方程CR在MRI产生的湍流场与剪切盒近似无反作用的字段。结果表明，CRs通过与湍流场的相互作用随机地获得或损失其能量。CR在位形空间中各向异性地扩散：在未扰动流方向上的扩散系数大约是玻姆系数的20倍，而在其他方向上的扩散系数仅是玻姆系数的几倍。动量分布是各向同性的，其演化可以由动量空间中的扩散方程描述，其中扩散系数是CR动量的幂律函数。我们表明，剪切加速度有效地工作的高能粒子。我们还谨慎地注意到，在剪切盒近似中，沿着径向多次穿过模拟盒的粒子受到洛伦兹变换的非物理失控加速度，这需要特别小心。
2016-02-25 astro-ph.HE
Magnetorotational dynamo can generate large-scale vertical magnetic fields in 3D GRMHD simulations of accreting black holes
本文首次在三维全局GRMHD模拟中识别并量化了由MRI非线性演化驱动的吸积黑洞大尺度垂直磁场发电机机制，揭示磁环平流的关键作用，并指出传统α-发电机模型不足，需用剪切流效应或随机α-发电机描述。
2023-10-31 astro-ph.HE astro-ph.SR
Collisionless Magnetorotational Turbulence in Pair Plasmas: Steady-state Dynamics, Particle Acceleration, and Radiative Cooling
该研究利用三维完全动力学剪切盒模拟和同步辐射冷却策略，揭示成对等离子体磁旋转湍流在动力学尺度的谱变陡、角动量输运及不依赖初始条件的非热粒子加速。
2024-06-14 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Influence of Magnetorotational Instability on Neutrino Heating: A New Mechanism for Weakly Magnetized Core-Collapse Supernovae
我们研究了磁旋转不稳定性（MRI）对弱磁化，快速旋转的核心崩溃的动力学的影响进行高分辨率的MHD模拟在轴对称与简化的中微子转移。我们发现，一个最初的子磁星类磁场是急剧放大的MRI，并大大影响其后的动态。虽然磁压不足以强到喷射物质，但放大的磁场有效地将角动量从高纬度转移到低纬度，这会由于额外的离心力而导致低纬度加热区的扩大。这会提高中微子加热的效率，最终导致中微子驱动的爆炸。这是一个新的核心坍缩超新星的场景，迄今为止从未被数值模拟证明。
2014-02-05 astro-ph.HE astro-ph.SR
The Interplay of Parametric and Magnetorotational Instabilities in Oscillatory Shear Flows
针对翘曲盘内部振荡剪切流中参数不稳定性与磁旋转不稳定性（MRI）的相互作用未被研究的问题，通过三维磁流体动力学剪切盒模拟发现，临界强迫振幅上下两者主导作用不同，且内部应力具粘弹性各向异性，为翘曲盘模型改进提供依据。
2025-08-22 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.flu-dyn
What Is The Numerically Converged Amplitude of MHD Turbulence in Stratified Shearing Boxes?
本文研究了分层剪切盒中磁旋转不稳定性（MRI）驱动的湍流的性质，该盒具有流出边界条件和由自洽耗散和辐射损失确定的状态方程。在一个固定的计算框内进行了一系列的模拟与提高分辨率。我们实现了径向和方位角分辨率的数值收敛。随着垂直分辨率的提高，应力与压力的比值仅缓慢增加，但应力和压力的绝对水平显著增加。在磁盘的核心内的磁场的垂直相关长度是高度依赖于时间的，但随着时间的推移平均，它是$\simeq 3$倍以上，发现在以前的unstratifed模拟。这种相关长度随着垂直分辨率的增加而缓慢减小。我们认为，这种更大程度的相关性在分层比非分层磁盘，即使在中面附近，是由于现场浮力。我们进一步表明，波动的帕克不稳定性驱动磁场上涌在几个scaleheights从中平面是分层的MHD湍流磁盘的特点。
2009-12-11 astro-ph.HE
On characterizing nonlocality and anisotropy for the magnetorotational instability
吸积盘中的角动量输运在多大程度上主要是局部的或非局部的，以及是什么决定了这一点，是理解吸积引擎的一个重要研究途径。沿着这条道路走一步，我们分析模拟的磁旋转不稳定性（MRI）计算能量和应力功率谱分层等温剪切盒模拟在几个新的方式。我们将盒子分为两个区域，盘和冠，其中盘是MRI不稳定区域，冠是磁主导区域。我们计算了不同数量的分数功率，包括磁能和麦克斯韦应力，发现它们主要由最低波数的贡献。这是更戏剧性的日冕比光盘，表明在日冕区域的运输是由更大的结构比光盘。通过计算平均功率谱在一个方向上的$k$空间的时间，我们还表明，MRI湍流是强烈的各向异性的大尺度时，用这种方法分析，但各向同性的小尺度。虽然剪切盒本身是为了代表吸积盘的局部部分，但应力和能量由最大尺度主导的事实突出了局部性并没有被捕获在盒内。这有助于量化全球模拟对解决运输局部性问题的直观重要性，对此可以进行类似的分析。
2014-04-09 astro-ph.GA astro-ph.HE astro-ph.SR
Universal small-scale structure in turbulence driven by magnetorotational instability
在许多天体物理等离子体中，湍流的间歇性小尺度结构控制着能量耗散，并且通常被认为对足够大的系统具有普适性。在这项工作中，我们认为，小尺度湍流在吸积盘是普遍的，在这个意义上，它是不敏感的磁旋转不稳定性（MRI）和背景剪切，因此，在小尺度上与标准的均匀磁流体动力学（MHD）湍流难以区分。本文研究了剪切盒中磁共振驱动的不可压缩MHD湍流的电流密度、涡量和能量耗散的不稳定性。我们发现，模拟表现出类似程度的不稳定性，在标准的MHD湍流。我们对间歇性耗散结构进行了统计分析，发现能量耗散集中在薄片状结构中，这种结构跨越了大范围的尺度，直到盒子的大小。我们发现，这些结构表现出惊人的相似的统计特性，在标准的MHD湍流。此外，这些结构以大约17.5度的特征倾斜在环形方向上取向，这意味着在该方向上的有效引导场。
2017-02-09 astro-ph.HE physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Global simulations of magnetorotational turbulence I: convergence and the quasi-steady state
磁旋转湍流为吸积盘中的角动量输运提供了一种可行的机制。我们提出了全球性的，三维（3D），MHD吸积盘模拟，调查分辨率的湍流应力的依赖性。收敛的时间和体积平均应力-气体压力比，在值为$\sim0.04$，被发现的模型与径向，垂直和方位角分辨率为12-51，27，和12.5细胞每刻度高度（模拟网格是这样的细胞每刻度高度在径向方向上变化）。对盘的主体（|z| <2 H）进行控制体积分析，以检查磁能的产生和去除。麦克斯韦应力与平均磁盘旋转相结合，主要负责磁能的产生，而湍流耗散（由数值电阻率促进）主要是从磁盘中删除磁能。根据控制体积的边界上的麦克斯韦应力和控制体积内的洛伦兹力注入的功率来重新铸造磁能方程，突出了（控制体积的）边界条件的重要性。剪切盒和整体吸积盘模拟的不同收敛性质可以很容易地理解的基础上选择的边界条件和磁场配置。周期性边界条件限制了磁场中大尺度梯度的建立，限制了通过洛伦兹力和表面应力传递到磁盘的功率。这一发现解释了我们的全球盘模型相比，分层剪切盒的湍流应力收敛所需的三个较低的分辨率的因素。（节录）
2013-07-08 astro-ph.HE
Does magnetic field promote or suppress fragmentation in AGN disks? Results from local shearing box simulations with simple cooling
该研究通过局部剪切盒模拟探究磁场对AGN盘碎裂的影响，发现磁主导状态下碎裂程度和引力应力会急剧下降，磁抬升效应抵消了径向磁场的促碎裂作用，该结果对AGN吸积流及盘嵌恒星形成研究有重要意义。
2025-07-29 astro-ph.HE
Magnetorotational explosions of core-collapse supernovae
核心坍缩的超新星伴随着中子星的形成。引力能转化为爆炸的能量，观测到SN II，SN Ib，c型超新星。本文给出了二维MHD模拟的结果，其中能量来源是旋转，磁场作为旋转能量转化为爆炸能量的“过渡带”。由于差动旋转，磁能的环形部分最初随时间线性增长。当扭曲的环形分量强烈超过极向场时，磁旋转不稳定性发展，导致磁能增长急剧加速。最后，一个快速的MHD激波形成，产生超新星爆炸。对于类偶极型的初始场，产生了轻度准直的射流。在非常高的初始磁场下，未发现MRI显影。
2014-08-11 astro-ph.HE
Three-dimensional simulations of the magnetorotational instability in eccentric disks
本文通过三维模拟研究垂直重力对偏心盘磁旋转不稳定性湍流的影响，发现其使 alpha 参数保持约 0.01，并显著加速质量与偏心率分布演化，为潮汐瓦解事件晚期辐射供能提供解释。
2025-05-05 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Sustained Magnetorotational Turbulence in Local Simulations of Stratified Disks with Zero Net Magnetic Flux
在采用剪切盒近似的局部模拟中，我们研究了密度分层对磁旋转不稳定性驱动的磁流体动力学湍流的影响。我们的主要结果是，即使在没有明确的耗散，增加垂直重力导致收敛的湍流能量密度和应力的分辨率增加，相反的结果为零净通量，未分层的盒子。总应力与中平面压力之比的平均值约为0.01，尽管在长时间（> 50个轨道）的时间尺度上可能会有显著的波动。我们发现，时间平均应力在很大程度上是不敏感的径向或垂直的长宽比我们的模拟域。对于模拟与明确的耗散，我们发现，分层扩展的范围内的雷诺数和磁普朗特数的湍流是持续的。在总结前人研究结果的基础上，我们发现了大尺度环向场周期为10个轨道的振荡，并描述了这些周期的发电机过程。
2009-09-08 astro-ph.HE
Dissipative effects on the sustainment of a magnetorotational dynamo in Keplerian shear flow
磁旋转发电机一直被认为是天体物理学吸积盘中湍流角动量输运的可能驱动因素之一。然而，各种数值结果表明，这种发电机可能难以激发在天体物理学相关的制度的磁普朗特数（Pm）显着小于单位，目前还不清楚的原因。这篇文章的目的是提出的第一个结果，正在进行的数值调查的作用，在这个问题中的线性和非线性耗散效应。结合参数的探索和不可压缩的非线性MRI发电机周期的过渡动力学在大的纵横比剪切盒的能量分析，我们发现，湍流磁扩散的激励和维持这个发电机在中等磁雷诺数（Rm）越来越难以减少Pm。这将导致发电机的临界Rm的增加，增加运动学雷诺数（Re），与早期的数值结果一致。鉴于其非常通用的性质，我们认为，湍流磁扩散可能是一个重要的决定因素，MRI发电机激发磁盘，也可能限制MRI湍流在低PM制度的角动量运输的效率。
2014-10-13 astro-ph.EP astro-ph.HE 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
Particle acceleration in shearing flows: the self-generation of turbulent spine-sheath structures in relativistic MHD jet simulations
对几千秒差距尺度的河外喷流的X射线观测支持同步加速器起源。发射电子的短冷却时间需要电子的分布式加速到亚PeV能量。在以前的论文中，我们发现，这可以自洽地解释的剪切加速模型，粒子加速产生幂律谱与谱指数主要由速度剖面和湍流谱。在本文中，我们进行了三维相对论磁流体动力学模拟研究的脊柱鞘结构的形成和发展的相对论性喷流传播到静态茧湍流。我们探索不同的脊柱速度和磁场配置文件的值被选择，以匹配典型的Fanaroff-Riley I/II型射流。我们发现，在所有的情况下，鞘产生的界面上的脊柱和茧主要是由于开尔文-亥姆霍兹不稳定性。鞘层中大尺度速度剖面接近线性。湍流发展的脊柱和鞘，与湍流速度谱符合柯尔莫哥洛夫缩放。剪切粒子加速的影响进行了探讨，重点是粒子的光谱指数。
2022-12-06 astro-ph.HE
Magnetorotational instability and dynamo action in gravitoturbulent astrophysical discs
虽然通常被孤立地对待，磁旋转和引力不稳定性（MRI和GI）可能在原行星盘和活动星系核的某些半径和演化阶段重合。它们之间的相互作用可以深刻地影响几个重要的过程，如吸积变化和爆发，碎裂和盘截断，或大规模磁场的产生。这两种不稳定性的直接数值模拟在计算上是具有挑战性的，并且仍然相对未被探索。在本文中，我们的目标是纠正这种忽视通过一组三维垂直分层剪切盒模拟，结合自重和磁场。我们发现，重力湍流大大削弱了零净通量MRI。在有效冷却（从而增强GI）的限制下，MRI被完全抑制，但强磁场由重力湍流维持。这种动荡的“螺旋波”发电机可能有广泛的应用，特别是在星系盘。最后，我们提出了初步的工作表明，一个强大的净垂直通量复苏的MRI和支持磁主导的状态，其中GI是次要的。
2017-09-20 astro-ph.EP astro-ph.HE
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
Turbulent resistivity driven by the magnetorotational instability
我们测量的湍流电阻率的非线性制度的MRI，并评估湍流磁普朗特数。我们进行了一系列的数值模拟与欧拉有限体积代码雅典娜和拉美西斯的剪切盒模型的框架。我们考虑模型，包括明确的耗散系数和磁场拓扑结构，使净磁通量线程框在垂直和方位角方向消失。我们首先证明了良好的协议之间的两个代码通过比较的湍流状态的模拟具有相同的微观扩散系数（粘度和电阻率）的属性。我们发现，湍流的属性不改变时，盒的大小增加在径向方向上，只要它是细长的方位角方向。为了测量圆盘中的湍流电阻率，我们在流动上施加固定的电动势，并测量产生的饱和磁场的幅度。我们得到的湍流电阻率是在粗略的协议与平均场论，如二阶平滑近似。该数值转化为一阶单位的湍流磁普朗特数Pm_t。Pm_t似乎是我们施加的力的增函数。它也变得更小的盒子尺寸在径向方向上增加，在很好的协议与以前的结果在非常大的盒子。我们的结果是在一般协议与其他最近发表的论文研究同样的问题，但使用不同的方法。因此，我们关于Pm_t是单位阶的结论是稳健的.
2009-09-02 astro-ph.HE astro-ph.SR
Magnetorotational Turbulence and Dynamo in a Collisionless Plasma
我们提出的结果，从第一个三维动力学数值模拟的磁旋转湍流和发电机，使用本地剪切盒模型的碰撞吸积盘。动力学磁旋转不稳定性的增长从一个亚热磁场具有零净通量的计算域，以产生自持湍流和向外角动量输运。显著的麦克斯韦和雷诺应力伴随着由场对准离子压力各向异性产生的可比粘性应力，其主要由通过粒子捕获和俯仰角散射的镜和离子回旋不稳定性来调节。后者赋予等离子体的有效粘度是偏置的磁场方向和时空可变的。能谱表明，在大尺度上的阿尔文波级联和动力阿尔文波级联在小尺度上，具有强的小尺度密度波动和弱的非轴对称密度波。离子经历非热粒子加速，它们的分布由卡帕分布精确描述。这些结果对低碰撞性吸积流的性质有影响，例如银河系中心黑洞附近的吸积流。
2016-10-19 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Identification of a non-axisymmetric mode in laboratory experiments searching for standard magnetorotational instability
标准磁旋转不稳定性（SMRI）是天体物理盘中湍流和快速吸积的一种很有前途的机制。它是一种磁流体动力学（MHD）不稳定性，使流体动力学稳定的磁盘流不稳定。由于其在天文距离上的微观性质和实验室实验的严格要求，SMRI自提出以来一直未经证实，尽管它在天体物理学上具有重要意义。在这里，我们报告了一个非轴对称的MHD不稳定性在一个修改的泰勒-库埃特实验。为了寻找SMRI，沿旋转的液态金属流的旋转轴施加均匀的磁场。不稳定性最初呈指数增长，变得突出，只有足够的流动剪切和中等磁场。这些条件的不稳定性是定性一致的SMRI，但在磁雷诺数低于预测的线性分析与周期性轴向边界。三维数值模拟，然而，再现所观察到的不稳定性，表明它线性增长的主要轴对称流修改所施加的磁场。
2022-09-17 astro-ph.HE astro-ph.IM physics.flu-dyn
Dissipative structures in magnetorotational turbulence
通过吸积过程，磁旋转湍流从磁盘的轨道运动中移除能量并将其转化为热量。湍流加热远非均匀，通常集中在强烈耗散的小区域，其特征是突然的磁重联和更高的温度。这些区域之所以令人感兴趣，是因为它们可能以耀斑和高能粒子的形式产生非热发射，或者在原行星盘中产生热过程固体。此外，耗散的性质对磁旋转不稳定性（MRI）本身的基本动力学有影响：局部模拟表明湍流的大尺度性质（例如饱和度、应力-压力关系）取决于短耗散尺度。在本文中，我们进行了一个数值研究的MRI耗散和小规模的耗散结构，它采用这样做。我们使用Goddom程序RAMSES和不可分层的可压缩剪切盒。我们的模拟结果显示，耗散集中在强磁重联，显着拉长的方位角，高达一个规模的高度带。因此，耗散结构是中尺度的物体，并可能提供一个大尺度和小尺度相互作用的途径。我们继续展示这些带状物是如何随着时间的推移而演变的-形成、合并、分裂和消失。最后，我们揭示了MRI产生的大尺度密度波和小尺度结构之间的重要耦合，这可能会照亮MRI湍流中的应力-压力关系。
2018-03-23 astro-ph.HE
Evolution of the magnetorotational instability on initially tangled magnetic fields
以前的磁旋转不稳定性（MRI）模拟的初始磁场总是包括一个显着的系统规模的组成部分，即使是随机的。然而，它是概念和实际利益，以评估是否MRI可以增长时，初始场是湍流。天体物理等离子体中普遍存在的湍流或随机流一般会导致一个小尺度发电机（SSD），它将提供初始种子湍流速度和磁场的等离子体，成为吸积盘。MRI能从这些更现实的初始条件中发展出来吗？为了解决这个问题，我们提供了一个标准的剪切盒与各向同性强制SSD产生的磁场和速度场作为初始条件，并删除强制。我们发现，如果最初提供的领域是太弱或太不相干，他们从最初的湍流级联衰减速度比他们可以通过MRI增长。当初始提供的场足以允许MRI生长和维持时，饱和应力、大尺度场和功率谱与具有初始大尺度垂直场的标准零净通量MRI模拟的那些相匹配。
2017-10-11 astro-ph.HE physics.plasm-ph
MHD Turbulence in Accretion Disk Boundary Layers
吸积盘边界层的物理模型，该区域的磁盘满足吸积星的表面，通常依赖于假设，角动量传输是相反的径向角频率梯度的磁盘。天体物理学中广泛采用的湍流剪切粘性的标准模型通过构造满足了这一假设。然而，这种行为是不支持的湍流磁流体动力学（MHD）的吸积盘，这表明由磁旋转不稳定性驱动的角动量输运的数值模拟是无效的，在这个内部磁盘区域。我将讨论最近的一项研究结果的产生磁流体应力和能量密度的边界层周围的弱磁化星。我们的研究结果表明，虽然磁能密度可以显着放大，在这个区域，角动量传输是相当低效的。这似乎与数值模拟中获得的结果一致，并表明湍流MHD边界层的详细结构可能与湍流剪切粘度的标准框架内得出的结果有明显不同。
2012-11-26 astro-ph.HE astro-ph.SR
Dynamo effects in magnetorotational turbulence with finite thermal diffusivity
研究了在净磁通为零的情况下，磁旋转不稳定性驱动的磁流体湍流的饱和度。受Bodo，Cattaneo，Mignone和Rossi最近的一篇论文的启发，我们在这里集中讨论具有恒定热扩散率的非等温状态方程的情况。本文的主要目的是补充以前的结果与封闭参数的平均场发电机模型，并测试的假设，发电机的热传输模式的影响。本文对分层吸积盘的局部剪切盒模型进行了计算机模拟，并对辐射热输运进行了近似处理。我们研究了不同的（常数）热扩散率的影响，并应用不同的垂直边界条件。在不可穿透的垂直边界的情况下，我们确认的过渡，从主要是传导性的主要是对流的垂直传热低于临界热扩散系数。然而，当应用更自然的流出边界条件时，这种转变就不那么明显了。同样，在这种情况下，磁活动的增强也不那么明显。然而，通过湍流耗散加热决定了吸积盘的热力学结构，并明显影响相关发电机的性质。然而，这种影响可能被高估，在以前的工作中，和边界所发挥的作用，将需要仔细研究。
2013-04-09 astro-ph.HE
Energy partition between Alfvénic and compressive fluctuations in magnetorotational turbulence with near-azimuthal mean magnetic field
磁流体动力学（MHD）湍流理论预测，Alfvénic和慢模类压缩波动在惯性范围内的小尺度上是能量解耦的。这些波动之间的能量分配决定了耗散的性质，在许多天体物理系统中，耗散发生在等离子体无碰撞的尺度上。然而，当磁旋转不稳定性（MRI）驱动的湍流，这是很难解决的数值尺度，在这两种类型的波动开始解耦，因为MRI能量注入发生在一个广泛的波数范围，这两种类型的波动通常预计耦合，即使在相对较小的尺度。在这项研究中，我们专注于碰撞MRI湍流线程近方位平均磁场，这是自然产生的差分旋转的磁盘。我们表明，在这种情况下，解耦尺度是可达到的使用减少MHD模型，包括微分旋转效应。在我们的简化MHD模型中，Alfvénic和压缩涨落仅通过与吸积盘的角速度成比例的线性项耦合。我们数值求解在这个模型中的湍流，并表明，Alfvénic和压缩波动解耦在我们的模拟的小尺度下的非线性能量转移占主导地位的线性耦合以下的MRI注入规模。在退耦尺度中，包含在小尺度中的压缩涨落的能流几乎是Alfvénic涨落的两倍。最后，我们讨论了这一结果的热吸积流中的离子-电子加热比的处方的应用。
2022-05-06 astro-ph.HE physics.plasm-ph
The Evolution and Impacts of Magnetorotational Instability in Magnetized Core-Collapse Supernovae
我们进行了二维轴对称MHD模拟的核心坍缩超新星的快速旋转磁化祖。通过改变磁场强度和空间分辨率，研究了磁旋转不稳定性（MRI）的演化及其对动力学的影响。我们发现，MRI极大地放大了种子磁场的制度，而不是阿尔文模式，但浮力模式发挥了主要作用，在指数增长阶段。核磁共振成像确实对超新星动力学有着强大的影响。它使激波膨胀更快，爆炸更有活力，有些模型伴随着准直喷流的形成。然而，这些效果，是不是由磁压力除了准直喷流的形成。由磁共振引起的角动量转移导致加热区域的扩大，由此吸积物质获得额外的时间被中微子加热。磁共振成像还将低$Y_p$物质从核心内部深处漂移到加热区域，这使得净中微子加热速率因电子捕获而减少冷却而变大。这两种效应提高了中微子加热的效率，这被认为是促进爆炸的关键。事实上，我们发现，当净中微子加热被关闭时，我们的模型爆炸要弱得多。在目前的模拟中，即使在最强磁场的情况下，中微子加热对爆炸能量的贡献也可以达到60%.
2016-01-05 astro-ph.HE astro-ph.SR
Global bifurcations to subcritical magnetorotational dynamo action in Keplerian shear flow
开普勒剪切流中的磁旋转发电机作用是一个三维非线性磁流体动力学过程，其研究对于理解天体物理中的吸积和磁场产生具有重要意义。向这种发电机形式的转变是亚临界的，并且与非旋转流体动力剪切流中向湍流转变的许多特征相同。这表明，这些不同的流体系统通过类似的通用分叉机制变得活跃，在这两种情况下，迄今为止还没有详细的了解。本文在剪切盒框架下，数值研究了不可压缩开普勒磁旋转发电机问题的分岔机制。使用从动力系统研究进口的数值技术，我们表明，在磁普朗特数大于1的混沌发电机行动的发病主要与全球同宿和异宿分岔的非线性磁旋转发电机周期。这些全球分支的补充，标志着倍周期级联的开始的周期的局部分支。这表明，非线性磁旋转发电机周期提供的途径，湍流注入的动能和磁能在不可压缩的磁流体动力学开普勒剪切流在没有外部施加的磁场。研究这些周期在不同的制度和配置的非线性物理和分叉，随后可能有助于更好地理解各种天体物理系统和实验室实验中的磁流体动力学湍流和不稳定驱动发电机的激发条件。为这个三维亚临界流体动力学问题提供的全局分叉的详细表征也可能证明对流体动力学剪切流中的湍流过渡问题有用。
2013-06-14 astro-ph.GA astro-ph.HE astro-ph.SR
Global Simulations of Magnetorotational Instability in The Collapsed Core of A Massive Star
我们进行了第一次数值模拟的磁旋转不稳定性从一个亚磁星类种子磁场在核心坍缩超新星。轴对称理想MHD模拟的结果表明，磁场被极大地放大到磁星级强度。在饱和阶段，核心的相当一部分是由湍流，和磁场具有主导的大尺度分量，相当于原始中子星的大小。在我们的全球模拟中没有观察到相干通道流的模式，这通常出现在指数增长阶段在以前的本地模拟。虽然通过增加空间分辨率获得了指数增长率的近似收敛，但由于仍然很大的数值扩散，饱和磁场的近似收敛没有实现。虽然磁场对动力学的影响被发现是温和的，具有足够高的分辨率的模拟可能会导致更大的影响。
2013-03-12 astro-ph.HE
A large scale dynamo and magnetoturbulence in rapidly rotating core-collapse supernovae
磁流体动力学（MHD）湍流在许多高能天体物理系统中具有重要意义，其中MHD不稳定性可以在很短的时间尺度上放大局部磁场。特别是，磁旋转不稳定性（MRI）和发电机作用已被认为是一种机制，以增长的磁强度磁场（$\ge10^{15} G$）和磁旋转动力的旋转大质量恒星的爆炸。这类恒星是Ic-bl型超新星爆发的候选祖先，也是所有与长伽马射线暴（GRB）有关的超新星。MRI已被研究与本地高分辨率剪切盒模拟在3D或全球2D模拟，但它是一个悬而未决的问题，是否MRI驱动的湍流可以导致在创建一个大规模的有序和动态相关的领域。在这里，我们报告的结果，从全球3D广义相对论磁流体动力学（GRMHD）湍流模拟和MRI驱动的MHD湍流在快速旋转的质子中子星产生的能量逆级联。我们发现一个大规模的有序的环形场，这是符合双极磁旋转驱动的外流的形成。我们的研究结果表明，快速旋转的大质量恒星是Ic-BL型超新星和长GRB的合理祖先，为磁星提供了一个可行的形成方案，并可能解释潜在的磁星动力超亮超新星。
2018-03-29 astro-ph.HE
Local outflows from turbulent accretion disks
本文的目的是研究弱垂直磁场穿过的吸积盘的性质，特别关注磁旋转不稳定性（MRI）驱动的MHD湍流和可能从盘中发射的外流之间的相互作用。为此，我们使用一组数值模拟进行的MHD代码RAMSES的剪切盒模型的框架。我们集中讨论一个相当弱的垂直磁场的情况，使得盘中平面的热压力和磁压力的初始比值β 0等于10 ^4。正如最近报道的，我们发现，MHD湍流驱动一个有效的外流的计算框。我们证明了一个强大的灵敏度，结果的盒子大小：在径向和垂直方向上的放大导致质量损失率的数量级减少。这样的依赖性，防止任何现实的估计磁盘的质量损失率正在使用剪切盒模拟。然而，我们发现，流动形态是强大的，独立的数值模拟的细节。它的性质显示了一些让人想起Blandford & Payne发射机制的特征和近似不变量，但存在差异。对于本文中考虑的磁场强度，我们还发现，角动量输运最有可能占主导地位的MHD湍流，其饱和度与磁普朗特数，粘度和电阻率的比例，在一种方式，是在良好的协议与预期的基础上未分层的模拟。因此，本文首次证明，吸积盘可以同时表现出MRI驱动的MHD湍流与磁离心加速外流。
2013-02-14 astro-ph.HE astro-ph.SR
Sensitivity of the Magnetorotational Instability to the shear parameter in stratified simulations
磁旋转不稳定性（MRI）是一种剪切不稳定性，因此它对剪切参数$q = - d\lnΩ/d\ln r $的敏感性是值得研究的。受天体物理盘的启发，大多数（但不是全部）以前的MRI研究都集中在$ q=1.5$的开普勒值上。使用模拟与8垂直密度尺度的高度，我们有助于解决分层数值模拟中不同的$q$的效果的研究的子集。我们讨论了为什么剪切盒不能很容易地用于研究$q>2$，因此专注于$q<2$。根据以前的模拟，这是未分层或分层与一个较小的垂直域，我们发现，$q$依赖性的应力分层的情况下是不是线性的，相反的Shakura-Sunyaev模型。我们发现，缩放同意\cite{1996MNRAS.281L..21A}谁发现它是成比例的剪切涡比$q/(2-q)$。然而，我们也发现，磁场和动能谱的形状是相对不敏感的$q$和麦克斯韦应力的比率，磁能比也几乎保持独立的$q$。这是一致的理论论证中，方位场的放大率线性依赖于$q$和湍流相关时间$τ$依赖于$q$成反比。因此，我们测量了湍流的相关时间，发现它确实与$q$成反比。
2014-10-30 astro-ph.GA astro-ph.HE astro-ph.SR
MRI-driven angular momentum transport in protoplanetary disks
几十年来，吸积盘中的角动量输运一直是理论天体物理研究的热点。在过去的二十年里，由磁旋转不稳定性驱动的MHD湍流已经成为实现这一目标的有效机制。然而，许多问题和不确定性仍然存在，其中包括湍流的饱和水平。磁旋转不稳定性对行星形成模型的影响仍在研究中。该讲座于2012年9月在Aussois（法国）的“角动量传输在恒星形成和早期演化中的作用和机制”学校举行，旨在介绍目前处于学术研究前沿的磁旋转不稳定性的历史发展，现状和悬而未决的问题。
2013-05-15 astro-ph.EP astro-ph.HE astro-ph.SR
Wind-driven Accretion in Protoplanetary Disks. I: Suppression of the Magnetorotational Instability and Launching of the Magnetocentrifugal Wind
我们进行本地，垂直分层剪切盒MHD模拟原行星盘（PPD）的基准半径为1 AU，考虑到欧姆电阻率和双极扩散（AD）的影响。的磁扩散系数进行评估自洽从一个查找表的基础上平衡化学。我们首先表明，列入AD显着改变了传统的分层吸积的图片。没有净垂直磁场，系统演变成一个环向场占主导地位的配置与极弱的湍流在远紫外电离层，是太低效，以驱动快速吸积。在存在弱的净垂直场（中平面处的等离子体β ~ 10 ^5）的情况下，我们发现MRI被完全抑制，导致在整个盘的垂直范围内完全层流。一个强大的磁离心风发射，有效地带走磁盘角动量，很容易占所观察到的吸积率在PPD。此外，在物理盘风的几何形状下，所有的吸积流通过一个强电流层的厚度为~0.3H，是从磁盘中平面偏移的径向速度高达0.4倍的声速。欧姆电阻率和AD对于抑制MRI和风发射都是必不可少的。风的传输效率随着净垂直磁通量和FUV电离穿透深度的增加而增加。我们的层流风解对行星的行星形成和全球演化有重要意义。
2013-04-03 astro-ph.EP astro-ph.HE astro-ph.SR
Magnetorotational dynamo chimeras. The missing link to turbulent accretion disk dynamo models?
在开普勒吸积盘中，湍流和磁场可以通过包含磁旋转不稳定性（MRI）的亚临界发电机过程联合激发。高分辨率的模拟表现出统计自组织的MRI发电机湍流到大规模的循环动力学的趋势。了解这些结构的物理起源，以及它们是否可以在天体物理条件下有效地维持和传输角动量，是一个重大的理论挑战。简单的周期性非线性MRI发电机解决方案的发现最近被证明是有用的，在这方面，并已显着地突出了湍流磁扩散的作用，在低磁普朗特数Pm（磁扩散率大于粘度），一个共同的制度，在吸积盘的动态似乎衰减。然而，这些简单结构与湍流模拟中报告的统计组织之间的联系仍然难以捉摸。在这里，我们报告的数值发现在中等纵横比开普勒剪切盒的新的周期性，不可压缩的，三维非线性MRI发电机解决方案具有较大的动力学复杂性，让人想起这样的模拟。这些“嵌合体”周期的特点是多个MRI不稳定的动力学阶段，但它们的基本物理原理的自我维持，然而是相同的那些更简单的周期中发现的方位角拉长盒。特别是，我们发现，他们没有持续在低PM由于亚临界湍流磁扩散。这些解决方案提供了一个新的视角到从层流到湍流不稳定性驱动发电机的过渡，并可能被证明是有用的设计改进的统计模型的湍流吸积盘发电机。
2016-07-11 astro-ph.HE
Linear Vlasov Theory in the Shearing Sheet Approximation with Application to the Magneto-Rotational Instability
在剪切片近似下，我们导出了热的、无碰撞的、电荷中性等离子体的轴对称扰动的电导率张量。我们的结果推广了著名的线性Vlasov理论的均匀等离子体差分旋转等离子体，可用于广泛的动力学稳定性计算。我们将这些结果应用于无碰撞等离子体中的磁旋转不稳定性（MRI）的线性理论。我们的分析和数值计算表明，一般动力学理论的结果在这里得到减少在适当的限制以前的结果在文献中，包括低频引导中心（或“动力学MHD”）近似，霍尔MHD，和陀螺粘性近似。我们重新审视冷等离子体模型的MRI和表明，与以前的结果相反，最初未磁化的碰撞等离子体是线性稳定的轴对称扰动的冷等离子体近似。除了他们的应用天体物理等离子体，我们的研究结果提供了一个有用的框架，在实验室实验中评估差分旋转等离子体的线性稳定性。
2015-01-03 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Global simulations of magnetorotational turbulence II: turbulent energetics
磁旋转湍流从重力中汲取能量，并最终通过耗散释放能量。然而，这种能量流的定量细节尚未评估全球磁盘模型。在这项工作中，我们研究了一个很好的解决，三维的，全球磁流体动力吸积盘模拟的能量评估磁，动能，和内能使用模拟数据的平均场方程。结果表明，湍流磁（动）能主要注入麦克斯韦（雷诺）应力和剪切（几乎开普勒）平均流之间的相关性，并通过耗散。这一发现不同于以往的工作，使用本地（剪切盒）模型，这表明，湍流动能主要来源于磁能量库。洛伦兹力提供了磁库和动能库之间的桥梁，将总湍流磁功率输入的约1/5转换为湍流动能。湍流能量（包括磁场和动能）主要由与湍流场相关的项驱动，仅受平均磁场的微小影响。平均场和湍流场之间的相互作用在感应方程中最为明显，平均径向磁场受到湍流电动势（EMF）的强烈影响。在准稳定的湍流状态下，大约2/3的坡印廷通量进入日冕，其余的在径向方向上传输磁能。与以往的研究相比，应力相关的部分坡印亭通量被发现占主导地位，这可能有重要的影响，“反射”模型的塞弗特星系日冕，通常调用的图片浮力上升的磁通量管通过平流。
2013-12-11 astro-ph.HE
Stratified Simulations of Collisionless Accretion Disks
本文在新近发展起来的能处理有限非旋向性压力张量的动力学磁流体力学（MHD）框架下，对无碰撞吸积盘进行了一系列分层剪切盒模拟。虽然一个完全动力学模拟预测一个更有效的角动量输运在无碰撞磁盘比在标准的MHD制度，增强的运输尚未观察到在过去的动力学MHD方法，以gyrotropic压力各向异性。为了研究完全动力学和MHD处理之间的这一缺失环节，本文注意到非回转压力的作用，并首次尝试将某些无碰撞效应纳入盘尺度，分层盘模拟。当回转取向的时间尺度大于或等于轨道盘的旋转频率时，我们发现选择性地保留在电流片附近的有限非回转取向有助于抑制剪切盒系统中的磁重联.这将导致磁旋转不稳定性驱动的MHD湍流的饱和振幅和角动量输运的合成效率的增加。我们的研究结果似乎有利于快速平流磁场向旋转轴的中心对象，这是需要从黑洞吸积系统，例如，磁逮捕磁盘状态发射超相对论性喷流。
2017-05-18 astro-ph.HE
Parametric Survey of Nonaxisymmetric Accretion Disk Instabilities: Magnetorotational Instability to Super-Alfvénic Rotational Instability
本文通过Legolas代码参数化研究了吸积盘中非轴对称磁流体不稳定性，证实了超阿尔芬旋转不稳定性（SARI）的存在，并揭示了其局域化特征、增长率规律及与MRI的关系。
2024-10-17 astro-ph.HE physics.plasm-ph
3D MHD Simulation of a Pulsationally-Driven MRI Decretion Disc
我们探索的脉动驱动的轨道质量喷射机制的Be星盘形成等温，三维磁流体动力学（MHD）和流体动力学模拟。非径向脉动被添加到一颗以95%的临界转速旋转的恒星上，作为将气体送入该区域的内边界条件。在MHD中，恒星内部的初始磁场很弱。流体动力学模拟有限的角动量传输，导致在小半径的旋转支撑盘的质量积累，然后回落到恒星的重复循环。相反，MHD模拟具有由湍流和相干磁场两者提供的有效（Maxwell $α_{\rm M}$ $\sim$ 0.04）角动量传输;由磁旋转不稳定性驱动的缓慢衰减的中平面和由全局磁矩驱动的盘表面上的超音速风。中平面附近的角度和时间平均的属性同意合理的一维粘性递减盘模型与修改后的$\tildeα=0.5$，其中气体从亚音速薄盘过渡到超音速球形风的临界点。然而，1D模型无法捕获在我们的模拟中看到的多相位递减/角结构。我们的研究结果表明，至少在一定条件下，非径向脉动的表面上的快速旋转，弱磁化的恒星可以驱动开普勒光盘的基本属性的粘性decretion光盘范例，虽然耦合到层流风远离中平面。未来的Be星盘模型应该考虑这种表面风的可能存在。
2021-11-06 astro-ph.HE astro-ph.SR
Magnetic Flux Concentration and Zonal Flows in Magnetorotational Instability Turbulence
吸积盘可能被外部垂直磁通量穿过，这通过磁旋转不稳定性（MRI）增强了湍流水平。使用剪切盒模拟，我们发现，这样的外部磁通量也强烈增强带状径向密度变化的幅度称为纬向流。此外，我们报告说，垂直磁通量强烈集中向低密度区域的纬向流。平均垂直磁场在低密度区域可以增加一倍以上，在某些情况下，在高密度区域可以减少到几乎为零。在理想磁流体力学中，磁通量集中的尺度可以达到几个圆盘尺度高度。在具有强双极扩散的非理想MHD区域中，磁通量以一定的增强水平集中到薄的轴对称壳体中，其尺寸通常小于半个标度高度。我们表明，磁通量浓度密切相关的事实，即磁扩散率的MRI湍流是各向异性的。除了传统的欧姆样湍流电阻率，我们发现，有一个垂直速度和水平磁场波动，产生一个平均电场的作用，以反扩散的垂直磁通量之间的相关性。各向异性的湍流扩散率具有类似于霍尔效应的性质，并且可能对吸积盘中磁通量输运具有重要意义。磁通量集中的物理起源可能与通道流的发展有关，随后是磁重联，其作用是降低局部区域的质量-通量比。增强的纬向流与磁通量集中的关联可能导致原行星盘中的全球压力隆起，这有助于捕获尘埃颗粒并促进行星形成。
2014-09-08 astro-ph.EP astro-ph.HE
Particle Diffusion and Acceleration in Magnetorotational Instability Turbulence
热吸积流包含无碰撞等离子体，被认为能够将粒子加速到非常高的能量，这是磁旋转不稳定性（MRI）产生的湍流的结果。我们进行非分层剪切盒模拟的MRI湍流在理想磁流体动力学（MHD），并注入高能（相对论）的测试粒子的模拟快照进行详细的调查粒子扩散和随机加速。我们考虑不同数量的净垂直磁通量，以实现不同的磁盘磁化水平在饱和状态下，具有足够高的分辨率来解决大多数粒子的回转半径（$R_g$）。具有大$R_g$的颗粒（$\gtrsim0.03$盘标度高度$H$）在方位角和极向方向上分别显示$\sim30$和$\sim5$乘以Bohm值的空间扩散系数。我们进一步测量粒子动量扩散系数$D(p)$应用福克-普朗克方程的粒子动量演化。对于这些粒子，来自湍流波动的贡献以$D(p)\propto p$为尺度，并且当$R_g\gtrsim0.1H$时剪切加速度接管，其特征在于$D(p)\propto p^3$。对于具有较小$R_g$（$\lesssim0.03H$）的粒子，其空间扩散系数大致与$\sim p^{-1}$成比例，并且在动量扩散中显示出$D(p)\propto p^2$比例的证据，但具有较大的不确定性。我们发现，多重效应有助于随机加速/减速，该过程也可能受到MRI湍流中的不稳定性的影响。我们还讨论了在超大质量黑洞周围的热吸积流加速PeV宇宙射线的潜力。
2021-06-06 astro-ph.HE physics.plasm-ph
