Free inertial modes in differentially rotating convective envelopes of low-mass stars : numerical exploration
恒星对流区的潮汐激发惯性波是恒星潮汐耗散的重要机制，也是近距离双星或行星系统演化的重要机制。作为第一步，我们在这里探索的纬度差异旋转的自由惯性模式的属性的影响，并确定不同的家庭模式。我们表明，它们不同于固体旋转的情况下。利用解析方法和数值计算，我们得出结论，临界层（多普勒频移消失）可以发挥非常重要的作用，潮汐耗散。
2015-10-20 astro-ph.SR
General relativistic viscous hydrodynamics of differentially rotating neutron stars
采用简化版本的Israel-Stewart形式主义的广义相对论剪切粘性流体动力学，我们进行轴对称的广义相对论模拟旋转的中子星周围的一个巨大的环面，它可以形成从差分旋转的恒星。我们表明，我们选择的剪切粘性流体动力学形式主义，模拟可以稳定地进行了很长一段时间。我们还表明，与一个可能的高剪切粘性系数，不仅粘性角动量输运工程，但也可以从一个热的信封周围的中子星的时间尺度$\gtrsim 100\,$ ms与喷出物质量$\gtrsim 10^{-2}M_\odot$，这是可比的典型质量的动态喷出物的二进制中子星合并。这表明，被大质量环面包围的大质量中子星，这是双中子星合并后形成的典型结果，可能是提供富含中子的喷出物的主要来源，如果有效剪切粘度足够高，即，如果粘性$α$参数为$\gtrsim 10^{-2}$。数值结果表明，高分辨率磁流体动力学模拟是用第一性原理方法研究中子星合并残留物中粘性效应的唯一途径。
2017-03-30 astro-ph.HE astro-ph.SR gr-qc
Dynamical Bar-Mode Instability in Differentially Rotating Magnetized Neutron Stars
本文在宽参数空间上数值研究了不同旋转磁化中子星动力学棒模不稳定性的可能性。本研究的创新之处在于将磁场纳入到这样的背景下，这在文献中的纯流体动力学模拟中迄今为止一直被忽视。调查使用Cosmos++代码，使我们能够在高分辨率的圆柱形网格上进行三维模拟。从一组模型出发，在没有磁场的情况下进行了牛顿磁流体动力学模拟，估计了磁场对旋转中子星动力学棒模形变的影响。总体而言，我们的结果表明，在现实配置中，磁场的影响不太可能非常显着。只有在最极端的情况下，磁场才能抑制条模式的增长。
2009-12-15 astro-ph.SR
Magnetically driven winds from differentially rotating neutron stars and X-ray afterglows of short gamma-ray bursts
除了是最有希望的引力波来源之一，合并中子星双星也代表了解释短伽马射线暴（SGRB）现象的主要方案。最近的观测揭示了一个大的SGRB子类，它们的X射线余辉具有大致恒定的亮度，持续$10\!-\!10^4$ s。这些特征通常被认为是由均匀旋转的磁化物体的磁自旋驱动的长寿命中央引擎的证据。我们提出了一个不同的方案，其中的中央引擎供电的X射线发射是一个差动旋转的超大质量中子星（HMNS），发射准各向同性和重子加载的风驱动的磁场，这是建立通过差动旋转。我们的模型是支持长期的，三维的，广义相对论，和理想的磁流体动力学模拟，表明这种各向同性的发射是一个非常强大的功能。对于一个给定的HMNS，一个准直组件的存在敏感地依赖于初始磁场的几何形状，而静态电磁光度仅取决于最初存储在系统中的磁能。我们表明，我们的模型是兼容的观察到的时间尺度和光度，并表示后者在一个简单的标度关系。
2014-04-10 astro-ph.HE astro-ph.SR gr-qc
An unstable superfluid Stewartson layer in a differentially rotating neutron star
实验和数值证据的存在Stewartson层的球形Couette流在小Ekman和Rossby数（$\Ek \lsim 10^{-3}$，$\Ro \lsim 10^{-2}$），相关的流体动力学制度的超流外核的中子星进行审查。首次对超流Stewartson层进行了数值模拟，显示了该层如何被非轴对称不稳定性破坏。$\Ek$和$\Ro$的不稳定范围进行了比较，这些数量的估计在无线电发射机表现出毛刺。人们发现，故障脉冲星位于不稳定边界的稳定侧，允许在故障之前建立差动旋转。
2009-07-19 astro-ph.SR
Superfluid instability of r-modes in "differentially rotating" neutron stars
超流体动力学影响成熟中子星的自旋演化，并且可能是解释脉冲星故障等时间不规则性的关键。然而，这一现象的大多数模型都排除了触发这一事件所需的全球不稳定性。在本文中，我们讨论了一种机制，可以填补这一空白。我们建立了小尺度惯性r-模式变得不稳定的超流中子星，表现出旋转滞后，预计建立由于涡旋钉扎的明星自旋下降。有些违反直觉的是，这种不稳定性的产生是由于（在正常情况下是耗散的）涡介导的相互摩擦。我们探讨了一个简单的不可压缩模型的超流不稳定性的性质，允许两个流体成分之间的夹带耦合。我们的研究结果恢复了先前讨论的动力学不稳定性的两个组件是强耦合的系统。此外，我们第一次证明了该系统是长期不稳定的（增长时间与相互摩擦的规模）在整个参数空间。有趣的是，大尺度r模也受到这种新的不稳定性的影响。我们分析了剪切粘性的阻尼效应，这在小尺度上应该是特别有效的，认为这将不足以完全抑制天体物理系统中的不稳定性。
2012-08-09 astro-ph.SR gr-qc
Slowly Rotating Anisotropic Neutron Stars with a Parametrized Equation of State
本研究拓展广义相对论的Hartle-Thorne形式体系至二阶角速度压强各向异性情形，探究各向异性对慢转中子星的影响，推导相关普适关系并用分段多方物态方程验证，质量比结果与近期发现一致。
2024-10-08 astro-ph.HE astro-ph.SR gr-qc
Inertial waves in differentially rotating low-mass stars and tides
恒星与行星的潮汐相互作用可能会激发恒星对流区的惯性波。它们的耗散在短周期行星的长期轨道演化中起着重要作用。如果假设恒星作为固体旋转，波的多普勒频移被限制在$[-2 Ω, 2 Ω]$（$Ω$是恒星的角速度），它们可以在整个对流区传播。然而，湍流对流可以通过赤道加速（如太阳）或减速来维持差异旋转，这可能会改变波的传播。因此，我们探索的惯性振荡模式的特性在一个锥形差分旋转的背景流的角速度只取决于纬度坐标，接近预期的低质量恒星的外部对流信封。我们发现，他们的频率范围扩大了微分旋转，他们可能只在一个有限的部分传播的信封。在某些情况下，惯性波在短周期吸引子环周围形成剪切层。在其他情况下，当恒星中存在转向面或共转层时，它们会表现出显着的行为。我们讨论如何所有这些情况下，可以影响恒星的潮汐耗散。
2014-10-13 astro-ph.SR
Gravito-inertial modes in a differentially rotating spherical shell
在各种恒星中都探测到了振荡，包括中等质量和高质量的主序星。虽然这些恒星中有许多是快速和差动旋转的，但旋转对振荡模式的影响却知之甚少。在这次通信中，我们提出了第一个研究轴对称重力惯性模式的辐射区的差分旋转的明星。这些模式探测恒星对流核心周围的深层。我们考虑一个简化的模型，其中恒星的辐射区是一个线性分层的旋转流体的球壳，由于斜压效应的差异旋转。我们用高分辨率的谱模拟来解决本征值问题，并通过特征理论来确定波的传播域。我们探讨了两种模式的传播特性：那些可以在整个壳和那些被限制在一个子域。我们发现的一些模式将动能集中在被称为吸引子的短周期剪切层周围。我们利用这些吸引子的李雅普诺夫指数与背景的\BV频率和模式的振荡频率的依赖关系来描述它们。最后，我们注意到，作为模式与短周期吸引形成耗散结构，它们可以发挥重要的作用，潮汐相互作用，但应被解雇所观察到的振荡频率的解释。
2014-10-15 astro-ph.EP astro-ph.SR
On obliquely magnetized and differentially rotating stars
我们研究了不同旋转和未对准的磁场的相互作用。数值求解不可压缩磁流体动力学方程组的自由衰减问题。在运动学极限下，微分旋转在与磁雷诺数（$Rm$）的立方根成比例的时间尺度上湮灭非轴对称场，正如Rädler所预测的那样。非线性地，结果取决于场的非轴对称部分的初始能量。足够弱的磁场接近轴对称，就像在运动学极限中一样;至少在中间的时间尺度上，一些微分旋转在磁表面上幸存下来。较强的场会强制均匀旋转并保持非轴对称。划分这两个区域的初始场强并不遵循准运动学参数所预测的缩放$Rm^{-1/3}$，这可能是因为我们的$Rm$从来都不够大，或者是因为重联。我们讨论了这些结果的潮汐同步和潮汐加热的密切的双星，特别是双白矮星的可能相关性。
2015-04-30 astro-ph.SR
Thermonuclear explosions of rapidly differentially rotating white dwarfs: Candidates for superluminous Type Ia supernovae?
观测到的“超亮”Ia型超新星的子类缺乏令人信服的理论解释。如果这类天体的辐射完全是由爆炸中形成的镍-56放射性衰变提供动力，那么就需要一颗不旋转的白矮星的母星质量接近或甚至超过克拉塞卡极限。显著超过该极限的质量可以通过差动旋转来支撑。因此，我们探索爆炸和预测不同的情况下产生的差异旋转的碳氧白矮星接近各自的稳定极限的观测值。具体来说，我们已经研究了一个提示爆震模型，爆炸后的初始爆燃阶段（“延迟爆震”模型），和一个纯爆燃模型。在后处理步骤中，我们进行了核合成和三维辐射转移计算，这使我们能够第一次从我们的模型中一致地获得合成观测值。我们发现，所有涉及爆炸的爆炸场景产生非常明亮的事件。然而，对它们的观测预测与任何已知的Ia型超新星的子类都不一致。纯粹的爆燃类似于2002 cx型超新星，可能是这类超新星的一部分。我们讨论了我们的发现的爆炸机制和差异旋转的白矮星作为超新星祖先的存在的影响。
2018-07-26 astro-ph.HE astro-ph.SR
Evolution of a magnetic field in a differentially rotating radiative zone
最近对主序星中等质量恒星进行的分光偏振测量显示，在观测到的磁场分布中，Ap/Bp星的kG偶极子与织女星和天狼星的亚高斯磁场之间存在二分法。我们想测试这种二分法是否与差分旋转辐射区中大尺度磁配置的稳定性与不稳定性有关。本文计算了偶极场穿过差动旋转壳体时的轴对称磁场。一个完整的参数研究，包括各种密度分布和初始和边界条件进行了二维数值代码。然后，我们专注于之间的比率的环形和极向分量的磁场和讨论的稳定性的配置占主导地位的环形分量使用本地的稳定性标准和见解，从最近的三维数值模拟。数值结果和一个简单的模型表明，在初始极向场的阿尔文交叉时间之后，环向和极向磁场之间的比率最高。对于高密度的对比度，这个比例收敛到一个渐近值，因此可以外推到现实的恒星情况。然后，我们考虑非轴对称扰动的磁位形的稳定性，并发现，占主导地位的环向分量的配置很可能是不稳定的，如果剪切强度显着高于极向Alfvén频率。一个表达式的临界极向场以下的磁场可能是不稳定的，发现和比较的下限Ap/Bp磁场。
2015-07-06 astro-ph.SR
New measurements of rotation and differential rotation in A-F stars: Are there two populations of differentially rotating stars?
我们提出的投影旋转速度和新的测量旋转轮廓的一些180附近的恒星光谱类型A-F。用最小二乘解卷积法对数百条谱线的谱线形状进行分析，得到了整个谱线的展宽轮廓。56例可区分刚性旋转和差速旋转。确定了10颗具有显著差异自转速率的恒星。到目前为止，已经确认了33个通过线轮廓分析检测到的差动转子。差动转子的频率随着有效温度的升高和转速的加快而降低。有证据表明，两个种群的差异旋转与差距之间的光谱类型早F。的差距只能部分地解释了F星的水平剪切的上限。显然，在早F光谱类型下，差异旋转的物理条件发生了变化。
2012-04-11 astro-ph.SR
Low-$T/|W|$ instabilities in differentially rotating proto-neutron stars with magnetic fields
最近的流体动力学模拟表明，即使在$T/|W|$（旋转动能$T$与引力势能$|W|$之比）相对较小（小于0.1）的情况下，在核心坍缩超新星中形成的差速旋转中子星也可能发展出全局非轴对称不稳定性。这种低的$T/|W|$不稳定性可以引起原中子星有效的引力波发射。我们研究这种不稳定性是如何影响磁场使用圆柱形恒星模型。在共转共振处的波吸收在促进流体动力学低$T/|W|$不稳定性中起重要作用。在存在环形磁场的情况下，共转共振被分裂成两个磁共振，其中发生波反射。我们表明，环形磁场抑制低$T/|W|$不稳定性时，总磁能$W_{\rm B}$的顺序$0.2\,T$或更大，对应于几个$\times 10^{16}$ G或更强的环形场。虽然极向磁场不直接影响不稳定性，但它们可以通过初始极向场的线性缠绕产生环向场和磁旋转不稳定性来影响不稳定性。我们发现，一个初始极向场强度小到$10^{14}$ G可以抑制低$T/|W|$不稳定性。
2010-11-22 astro-ph.SR
Analytic model for photometric variation due to starspots on a differentially rotating star
我们提出了一个分析模型的光变曲线变化的恒星与非演变的星点上的差异旋转的表面。旋转周期的谐波的傅立叶系数用光斑的纬度$\ell_{s}$和观测者的视线方向$\ell_{o}$表示，包括临边暗化效应。我们根据模型生成不同的实现多点，并进行模拟观察所产生的光变曲线调制。我们讨论在何种程度上可以恢复的点的性质和参数的微分旋转规律的周期图分析。虽然我们的分析模型忽略了恒星表面斑点的演化（动力学运动，创造和湮灭），但它提供了一个基本框架来解释恒星的光度变化，特别是从现有的开普勒数据和未来的太空任务。它也适用于各种天体旋转引起的光度调制。
2022-05-10 astro-ph.EP astro-ph.IM astro-ph.SR
Towards a better understanding of tidal dissipation at corotation layers in differentially rotating stars and planets
星-行星潮汐相互作用在近距离行星系统的动力学演化中起着重要的作用。本文研究了恒星/行星对流区中潮汐惯性波的传播和耗散。我们考虑到纬度差异旋转的背景流，类似于在像太阳这样的低质量恒星的信封中观察到的。以前的工作已经表明，差异旋转显着改变惯性波的传播和耗散特性。特别是，当多普勒频移的潮汐频率消失在流体中，一个临界层的形式，潮汐耗散可以大大增强。我们目前的工作发展了一个局部的分析模型，以更好地了解潮汐强迫惯性波在临界层的传播和耗散特性。
2017-10-24 astro-ph.EP astro-ph.SR
Gravito-inertial waves in a differentially rotating spherical shell
本文用Boussinesq近似分析了重力惯性波在旋转球壳内的斜压层流中的传播。通过计算非耗散极限下的特征路径，并利用高分辨率谱方法求解全耗散本征值问题，研究了波动特性。引力惯性波被发现服从混合型二阶算子，并经常集中在短周期吸引子的特征或被困在一个楔形形成的转向表面和边界。我们还发现，本征模式，表现出较弱的粘度和热扩散的依赖性，就像真正的正规模式。一些轴对称模态被发现是不稳定的，并且可能被斜压不稳定性破坏。类似地，一些满足临界层（或共转共振）的非轴对称模式可以在足够低的扩散率下变得不稳定。在所有情况下，不稳定性都是由差动旋转驱动的。对于许多模式的频谱，整洁的幂律被发现的阻尼率与扩散系数的依赖性，但指数值的理论解释仍然难以捉摸的一般。本征值谱变得非常丰富和复杂，这让我们假设一个更丰富和更复杂的旋转恒星或行星的谱，这些恒星或行星具有由斜压性驱动的差分旋转。
2016-05-24 astro-ph.SR
On a role of corotation radius in the low $T/W$ dynamical instability of differentially rotating stars
我们调查的性质，所谓的低$T/W$动力学不稳定性的差分旋转的明星，通过专注于不稳定振荡模式的共转半径所发挥的作用。一个一维的线性扰动模型，它忽略了变量的依赖性上的坐标沿旋转轴的恒星，求解得到稳定和不稳定的本征模。具有共转半径的线性本征模，在该共转半径处，模式的方位角图案速度与恒星角速度一致，被分类为属于频率的连续谱的复（增长或阻尼）模式或纯实模式。计算了正则角动量及其通量，研究了具有共转半径的本征模。在动态不稳定模式中，声波以这样的方式传输其角动量，即角动量的绝对值在共转半径的两侧增加。我们进一步计算了入射到共转点的反射声波振幅的增长，发现波的过反射和在共转半径和恒星表面之间的捕获可以定性地解释本征频率对恒星差旋的依赖性。结果表明，低的$T/W$不稳定性可能是由过反射的声波之间的恒星表面和共转半径主要被困。
2016-11-30 astro-ph.HE astro-ph.SR
3D evolution of magnetic fields in a differentially rotating stellar radiative zone
具有辐射包层的恒星（如A型星）的磁场起源和演化问题，至今仍被认为是恒星物理学的一个挑战。这些区域很可能是差动旋转的，这表明差动旋转和磁场之间的强相互作用可能在起作用。我们数值计算的联合演变的磁场和速度场在一个三维球壳开始从一个初始配置文件的极向磁场和差分旋转。极向磁场最初被差动旋转卷起以产生变得不稳定的环向场。在这里研究的特殊设置中，差分旋转占主导地位，磁旋转不稳定性被触发。不稳定性的增长率主要取决于初始旋转速率，而背景状态通常在极向阿尔文时间内振荡。因此，我们发现，轴对称磁位形强烈修改的不稳定性，只有当极向阿尔芬频率和旋转速率之间的比率是足够小的。在最不稳定的情况下，发现角动量的增强运输：平坦的旋转轮廓的典型时间比扩散时间尺度快得多。我们得出结论，磁旋转不稳定性总是有利于（泰勒不稳定性）在未分层的球壳时，初始极向场被剪切足够强的圆柱差分旋转。给出了在A星中观测到的磁沙漠的一个可能的应用。我们认为，表现出强大的轴对称领域（AP星）和那些窝藏一个亚高斯磁性的恒星之间的二分法可能与不稳定的阈值。
2014-12-23 astro-ph.SR
A linear model for inertial modes in a differentially rotating Sun
针对太阳高方位阶惯性模偏离薄壳Rossby-Haurwitz模型的问题，本研究通过谱特征值求解器计算较差自转下的太阳惯性模谱，发现观测模可能对应更高n的解，且本征函数位置与观测存在差异，为太阳内部研究提供新视角。
2023-08-24 astro-ph.SR
The effective magnetic Prandtl number in magnetized and differentially rotating stellar radiation zones
与应用程序的内部恒星辐射区，线性理论被用来分析偶极宇称环形背景场的不稳定性，在存在的密度分层，差分旋转，和现实的小普朗特数。物理参数是归一化纬向切变$a$和归一化场振幅$b$。仅考虑具有最大增长率的波长的解。如果将这些尺度与速度的径向值结合起来，人们发现（非常小的）径向速度仅略微依赖于$a$和$b$，因此它可以用作本征值系统的自由参数。由此产生的不稳定性产生的磁扩散率和涡流粘度张量是高度各向异性的。纬向涡动扩散系数比径向涡动扩散系数大几个数量级。它的纬向分布显示出强烈的浓度向两极，这也是真实的有效粘度已通过角动量输运的不稳定模式计算。由此产生的有效磁普朗特数达到$O(10^2)$的值，使得差旋的衰减比环向背景场快得多，这是用磁不稳定性解释观测到的早期红巨星和亚巨星核慢旋的必要条件。
2015-03-24 astro-ph.SR
Tidal dissipation by inertial waves in differentially rotating convective envelopes of low-mass stars
在恒星-行星系统或双星系统中，潮汐相互作用会在恒星的对流区激发惯性波（惯性波的回复力是科里奥利力）。这些波的耗散在所涉及的天体的长期轨道和旋转演化中起着重要作用。如果主星作为一个固体旋转，惯性波的多普勒频移被限制在$[-2Ω, 2Ω]$范围内（$Ω$是恒星的角速度），并且它们可以在整个对流区传播。然而，湍流对流可以维持与赤道加速（如在太阳）或减速，修改惯性波的频率范围和传播域，并允许非轴对称振荡的共转共振的差异旋转。在这项工作中，我们进行数值模拟潮汐激发的惯性波在差分旋转对流信封与锥形（或纬向）的旋转配置文件。我们采用的潮汐强迫包含球谐函数，对应于圆形共面轨道的情况。我们研究的粘性耗散的波作为潮汐频率的函数为各种恒星质量和微分旋转参数，以及它的依赖于湍流粘性系数。我们比较我们的结果与以前的研究假设固体旋转，并指出潜在的关键作用，共转共振的动力学演化的密切的恒星行星或二元系统。
2016-12-15 astro-ph.EP astro-ph.SR
Tidal inertial waves in the differentially rotating convective envelopes of low-mass stars - I. Free oscillation modes
恒星与行星的潮汐相互作用可能会激发恒星对流区的惯性波。在低质量恒星中，它们的耗散在短周期行星的长期轨道演化中起着重要作用。湍流对流可以在其包络线内维持差动旋转，赤道加速（如太阳）或减速，这可以改变波的传播特性。本文研究了球壳内均匀流体差分旋转时自由线性惯性波的一般传播特性。我们假设背景流的角速度只取决于纬度坐标，接近于低质量恒星的外部对流包络。我们使用i）在无粘情况下的分析方法来获得色散关系，由此我们计算能量传播的特征轨迹。这使我们能够研究吸引循环的存在，并推断出不同的家庭的惯性模式; ii）高分辨率的数值计算的基础上的粘性问题的谱方法。我们发现，在整个壳（D模式）传播的模式的行为与固体旋转的方式相同。然而，另一个家庭的惯性模式存在（DT模式），它只能在对流区的一个有限的部分传播。我们的研究表明，它们是不太常见的D模式，并指出，特征射线和剪切层往往集中在一个楔形或点状吸引子。更重要的是，我们发现，对于非轴对称振荡模式，剪切层可以跨越共转共振与局部积累的动能。他们的阻尼率尺度非常不同，我们得到的标准D模式，我们展示了一个例子，它是独立的粘度（埃克曼数）在天体物理制度中，它是小的。
2016-01-18 astro-ph.SR
Joint Instability and Abrupt Nonlinear Transitions in a Differentially Rotating Plasma
在一个易于计算的太阳速跃层二维模型中研究了全球磁流体动力学（MHD）不稳定性。在没有磁场的情况下，模型的微分旋转产生稳定性，但是如果存在磁场，则观察到联合不稳定性。我们通过完全非线性直接数值模拟，广义拟线性近似（GQL），和直接统计模拟（DSS）的基础上低阶扩展等时累积量的非线性发展的不稳定性进行了分析。随着磁扩散率的降低，不稳定性的非线性发展变得更加复杂，直到最终确定了一组参数，这些参数产生了一个先前未确定的长期循环，其中能量从动能转化为磁能并返回。我们发现，周期性的过渡，模仿太阳的变化的某些方面-例如，准周期性的季节性交换的能量之间的环形场和波或涡-是无法复制时，涡散射过程被排除在模型之外。
2019-01-07 astro-ph.SR cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
Inertial waves in a differentially rotating spherical shell
本文研究了球壳中不可压缩流体的小振幅惯性波传播特性。对于圆柱形和扁壳形旋转剖面，在无粘极限下，惯性波服从一个二阶混合型偏微分方程。因此，存在两种惯性模式，这取决于特征传播的双曲域是否覆盖整个壳体。这两种惯性模式的发生进行检查，我们表明，惯性波可能传播的频率范围比固体旋转更广泛。使用高分辨率计算的基础上的频谱方法，我们表明，与固体旋转，奇异模式与薄剪切层以下的短周期吸引子仍然存在与差分旋转。它们甚至存在于一个完整的球体中。在粘性为零的极限下，剪切层的宽度似乎对整体背景剪切的依赖性很弱，表现出E^{1/3}与埃克曼数E的比例关系，就像在固体旋转的情况下一样。也存在以E^{1/2}作为Ekman边界层的宽度缩放的薄分离层模式。本文还考虑了壳内惯性波的共转共振行为。对于圆柱旋转，波在共转时被显著地吸收。相比之下，对于扁壳旋转，波可以穿过没有可见吸收的临界层，并且这种模式对于足够小的埃克曼数是不稳定的。
2012-12-01 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.flu-dyn
Mixing of a passive scalar by the instability of a differentially rotating axial pinch
混合的被动标量像锂，铍或温度波动，由于旋转轴向箍缩的磁泰勒不稳定性被认为是。我们的研究是在泰勒-库埃特设置两个旋转定律：准开普勒和固体旋转。所用的最小磁性普朗特数为0.05，而流体的分子施密特数Sc在0.1和2之间变化。混合的有效扩散系数的数值测量的衰减过程中的一个全球性的浓度峰值位于圆柱壁之间。我们发现，只有模型与Sc> 0.1不提供有限的涡流扩散率值。我们还发现，在磁马赫数Mm~2下，准开普勒旋转时，流动从慢转区过渡到快转区。对于固定的雷诺数，流体的标准化涡动扩散率和施密特数之间的关系总是线性的，因此不稳定诱导扩散率和分子粘度之间的线性关系也正好在Schatzman（1977）提出的意义上。该关系式中的系数值在Mm~2时达到最大值，当Mm>> 1时，系数值减小，这意味着在太阳速跃层中只能存在kG量级的环形磁场。
2016-01-18 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.flu-dyn
Baroclinic Instability in Stellar Radiation Zones
恒压和恒密度的表面在差速旋转的恒星中并不重合。具有斜压层结的恒星辐射带可能是不稳定的。辐射区的不稳定性对于角动量输运、化学物质的混合以及可能的磁场的产生至关重要。本文对差动自转恒星的斜压不稳定性进行了线性分析。对任意形状的微分转动建立了线性稳定性方程，并对半径不均匀转动进行了数值求解。随着旋转差的增加，r-和g-模式的初始稳定的全球振荡平稳地转变为增长模式的斜压不稳定。因此，不稳定性可以被解释为对r-和g-模式激励的稳定性损失。恒星参数的区域，其中r-或g-模式优先激发的定义。斜压不稳定开始于小于1%的非常小的差异旋转。不稳定增长的特征时间约为1000个旋转周期。增长扰动具有动力学螺旋性。因此，在差动旋转辐射区中由斜压不稳定性引起的湍流产生磁场是可能的。
2014-03-03 astro-ph.SR
Differentially Rotating White Dwarfs I: Regimes of Internal Rotation
大多数Ia型超新星（SN~Ia）的可行模型都需要一个在双星系统中演化的碳/氧白矮星的热核爆炸。旋转可能是任何Ia超新星模型的一个重要方面，无论是单简并还是双简并，白矮星的质量都在，低于或高于克拉塞卡极限。{ \sl差异旋转}被特别调用，试图解释在超-一些早期的工作表明，只有均匀旋转才符合白矮星角动量传输的预期机制，而其他人则发现了明显的差异旋转。结果表明，如果简并物质中斜压不稳定性是活跃的，并且忽略磁场的影响，则近均匀旋转和强微分旋转都是可能的。我们分类旋转制度的理查森数，Ri。在小值的Ri $\leq$ 0.1，我们发现低粘度Zahn制度与非单调的角速度分布和一个新的差分旋转制度的粘度是高的，并与剪切，$σ$线性缩放。单独使用开尔文-亥姆霍兹粘度产生差动旋转。大的Ri $\gg$ 1值产生了一个近似均匀旋转的区域，斜压粘滞系数为中间值，尺度为$σ^3$。我们讨论的差距，在中间值的Ri的行为的理解，以及如何观察可能会限制自然界获得的旋转制度。
2016-09-25 astro-ph.HE astro-ph.SR
Viscous inertial modes on a differentially rotating sphere: Comparison with solar observations
在以前的文章中，我们研究了纬度旋转对太阳赤道Rossby模的影响。从那时起，在太阳上观测到了丰富的惯性模谱，这不仅限于赤道Rossby模，还包括高纬度模。在这里，我们扩展计算的环形模式在二维球面几何形状，使用现实的太阳能差分旋转，包括粘性阻尼。目的是比较计算的模式谱与观测和模式稳定性研究。在固定的半径，我们解决了本征值问题的数值使用球谐分解的速度流函数。由于粘性临界层的存在，谱由四个不同的族组成：Rossby模式，高纬度模式，临界纬度模式和强阻尼模式。对于每个纵向波数m<4，球体上存在多达三个Rossby样模，与赤道β平面相反，赤道β平面仅存在赤道Rossby模。模型中阻尼最小的模式具有与观察到的模式相似的本征频率和本征函数;当半径取在对流区的下半部分时，比较得到改善。当半径大于0.75 R且埃克曼数E<10^{-4}时，至少有一个模是不稳定的。对于m=1或m=2，当Ekman数的径向依赖性遵循淬灭扩散率模型（E=2）时，多达两个Rossby模式是不稳定的。10^{-5}在对流区底部）。当m=3时，最多有两个Rossby模是不稳定的，包括赤道Rossby模。虽然这里讨论的2D模型是高度简化的，但环形模式的光谱似乎包括许多观测到的太阳惯性模式。模型中的自激模式的频率接近于具有最大振幅的观测模式的频率。
2022-04-28 astro-ph.SR
The traditional approximation of rotation for rapidly rotating stars and planets. II. Deformation and differential rotation
我们研究的动力学低频重力惯性波（GIWs）在差分旋转变形辐射区的恒星和行星的一般化的传统近似旋转（TAR）。TAR处理是建立在恒星是球形和均匀旋转的假设之上的。然而，它已被概括在我们以前的工作，包括离心变形的影响，在均匀旋转的情况下，使用非微扰方法。我们的目标是进行一个新的概括的TAR治疗占的差异旋转和强大的离心变形的同时。我们概括了我们以前的工作，考虑到差分旋转在推导我们完整的分析形式主义，允许差分和快速旋转的恒星GIWs的动态研究。我们推导出了完整的方程组，概括了TAR，同时考虑到完整的离心加速度和差分旋转。在TAR的有效域内，我们导出了广义Laplace潮汐方程的水平本征函数和渐近波周期的GIWs，它可以用来探测的结构和动力学的差异旋转变形的恒星与星震学。推导出TAR的新概括，该概括以非微扰方式同时考虑了差速旋转和离心加速度。这一概括使我们能够研究的可探测性和签名的差分旋转GIWs在快速旋转变形的恒星和行星。利用$\textit{Kepler}$和TESS的观测结果，我们发现早期变形星的差异自转对GIWs的影响在理论上可以在现代空间测光中很大程度上被探测到。
2021-10-07 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.ao-ph
Hunting for anti-solar differentially rotating stars using the Rossby number -- An application to the Kepler field
几十年来，在对太阳型恒星对流包层的数值模拟中发现了反太阳差异自转廓线。这些轮廓的特征在于慢赤道和快极点（即，反向相对于太阳），并已发现在模拟高罗斯比数（慢旋转）。像这样的旋转轮廓已经在演化恒星的观测中被报道过，但从未在主序上的冷太阳型恒星中被明确观察到。在这种情况下，在主序星太阳型恒星中检测到这种状态将提高我们对其磁旋转演化的理解。本研究的目的是在\textit{Kepler}样本中识别出最有希望的冷主序星候选者。首先，我们引入了一个新的理论公式来估算主序星太阳型恒星的流体Rossby数，$Ro_{\rm f}$，从观测量，并考虑到内部结构和金属丰度的影响。我们得到了一个最有希望的恒星，可能会显示反太阳差异旋转的列表。我们确定了两个样本：一个在太阳金属丰度，包括14个目标，另一个为其他金属丰度，包括8个目标。我们发现，具有最高$Ro_{\rm f}$的目标可能是早G或晚F星，大约log $_{10}g=4.37$ ~dex。我们的结论是，冷的主序星候选人反太阳差异旋转存在于\textit{Kepler}样本。最有希望的候选者是KIC~10907436，另外两个特别令人感兴趣的候选者是太阳模拟物KIC~7189915和地震目标KIC~12117868。未来对这22颗恒星的表征有望帮助我们了解动力学如何影响高Rossby数的旧太阳型恒星的磁性和旋转演化。
2022-08-25 astro-ph.SR
Kelvin waves over a differentially rotating spherical shell
IRAP, Université de Toulouse（图卢兹大学 IRAP 研究所）
研究探讨了球壳上赤道凯尔文波的不稳定性及其在Be现象触发中的作用，通过分析浅水框架和厚层配置，揭示了旋转和粘性对波稳定性的影响。
2026-04-14 astro-ph.SR physics.flu-dyn
Detecting deep axisymmetric toroidal magnetic fields in stars. The traditional approximation of rotation for differentially rotating deep spherical shells with a general azimuthal magnetic field
星震学已经揭示了在整个HR图中恒星的小的核心到表面的旋转对比。这是恒星内部角动量（AM）强输运的特征。有效携带AM的一个可能的候选者是具有各种拓扑结构的磁场，这些磁场可能存在于恒星辐射带中。其中，强轴对称方位磁场引起了人们的极大兴趣。事实上，如果他们受到所谓的泰勒不稳定性，伴随触发麦克斯韦应力可以有效地传输AM。此外，由磁场和速度场的波动引起的电动势可能潜在地维持发电机作用，导致初始强轴对称方位磁场的再生。我们要回答的关键问题是：我们能探测到这些深层强方位磁场的特征吗？回答这个问题的唯一方法是星震学，而最好的研究实验室是中等质量和大质量的恒星。它们中的大多数在主序星期间是快速旋转的。因此，我们必须研究在稳定分层、旋转和潜在强磁化辐射区中传播的恒星脉动。我们推广了传统的近似旋转，同时考虑一般轴对称差分旋转和方位角磁场在一个非微扰的方式。利用这种新的形式，我们得到的渐近性质的磁重力惯性（MGI）波和它们的周期间距。我们发现，环形磁场诱导的周期间距的MGI模式的移动。振幅为$10^5\,\rm G$量级的赤道方位角磁场产生的特征可以通过现代空间光度学检测到。更复杂的半球结构更难观察。
2022-05-22 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.ao-ph
The complex interplay between tidal inertial waves and zonal flows in differentially rotating stellar and planetary convective regions I. Free waves
在近距离两体系统的潮汐相互作用的量化是最感兴趣的，因为他们有一个至关重要的影响的架构和旋转的历史的机构。各种研究表明，任何一个天体的潮汐消散都对它的结构和动力学非常敏感，就像存在于类太阳恒星和巨型气态行星的外对流层中的差异旋转一样。特别是，潮汐波可以强烈地与纬向流在所谓的共转共振，其中波的多普勒频移抵消。我们的目标是提供一个深入的物理了解潮汐惯性波的动力学在共转共振，在存在的差分旋转配置文件典型的低质量恒星和巨行星。通过建立一个倾斜的剪切盒，我们研究了自由惯性波在共转时的传播和透射，更一般地说，在临界水平上，这是控制波微分方程中的奇点。通过构建一个不变量称为波作用通量，我们确定了不同的制度，波传输在临界水平，这是证实了一维三层数值模型。我们发现，惯性波可以完全透射，强烈阻尼，甚至放大后，越过临界水平。这些制度的发生取决于假设的差分旋转的轮廓，在性质以及纬度的临界水平，和波的参数，如惯性频率和纵向和垂直波数。因此，波可以在临界水平阻尼时将其作用通量沉积到流体中，或者在临界水平放大时将其作用通量提取到流体中。这两种情况都可能导致潮汐相互作用体之间的显著角动量交换。
2021-01-12 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.flu-dyn
Nonlinear evolution of unstable solar inertial modes: The case of viscous modes on a differentially rotating sphere
Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung（马克斯·普朗克太阳系统研究所）；Institut für Astrophysik und Geophysik, Georg-August-Universität Göttingen（哥廷根大学天体物理与地球物理研究所）；Center for Astrophysics and Space Science, NYUAD Institute, New York University Abu Dhabi（纽约大学阿布扎比分校天体物理学与空间科学中心）；Department of Mechanical Engineering, King Abdullah University of Science and Technology（阿卜杜拉国王科技大学机械工程系）
研究太阳高纬度惯性模在差异旋转球体上的非线性演化，揭示超临界Hopf分支点及饱和振幅与Ekman数的关系，表明雷诺应力对纬向差异旋转的平滑作用。
2026-03-09 astro-ph.SR physics.flu-dyn
