Suppressed heat conductivity in the intracluster medium: implications for the magneto-thermal instability
在星系团的团内介质（ICM）外围，温度随半径的增大而降低。由于等离子体的弱碰撞性质，这些区域容易受到磁热不稳定性（MTI）的影响，这可以维持湍流并在ICM中提供湍流压力支持。这种不稳定性是由于沿磁场方向的热传导引起的，热传导率通常假定由斯皮策值给出。最近的数值研究的离子镜和电子哨声的不稳定性，使用粒子在细胞的代码表明，微尺度的不稳定性，可以导致在ICM的热导率值降低。这又会影响MTI驱动湍流的效率。在本文中，我们研究了约化热输运对MTI非线性演化的影响。我们研究平面平行，最初静态的大气，并采用亚网格模型，模仿的镜面不稳定性对热导率的影响。我们使用这个亚网格模型来评估微尺度对ICM大尺度动力学的影响。我们发现，非线性饱和的MTI是令人惊讶的强大在我们的模拟。在热磁压力比和碰撞性的$\sim 10^3$因子上，我们发现相对于热传输未被抑制的参考模拟，MTI的饱和度最多发生适度的变化。
2021-03-18 astro-ph.CO physics.plasm-ph
Effective Viscosity in the Intracluster Medium During Magnetic Field Amplification via Turbulent Dynamo
本研究通过CGL-MHD等三维模拟探究星系团内介质湍流磁场放大中的黏度演化，发现黏度随时间降低呈双峰分布，验证了各向异性黏度模型对ICM过程研究的必要性。
2025-06-13 astro-ph.CO astro-ph.HE
Features of collisionless turbulence in the intracluster medium from simulated Faraday Rotation maps
对星系团中团内介质的观测表明存在湍流，并通过法拉第旋转和同步辐射观测证实了磁场的存在。ICM也被认为是由稀薄的弱碰撞等离子体填充的。在这项工作中，我们研究了法拉第旋转地图上的无碰撞不稳定性可能留下的签名。为了这个目的，我们使用的数值方法来调查的动力学的湍流在无碰撞等离子体的基础上的磁流体动力学（MHD）的形式主义，考虑到不同层次的压力各向异性。我们考虑覆盖亚/超Alfvénic和跨/超音速制度的模型，其中一个代表的基准条件对应的ICM。从模拟模型中，我们计算法拉第旋转映射和分析几个统计指标，以表征磁场结构和比较所获得的结果与无碰撞模型，使用标准的碰撞MHD框架。我们发现，压力各向异性的重要印记普遍存在于磁场，也体现在相关的法拉第旋转图，证据较小的相关长度在无碰撞的MHD的情况下。对于模仿ICM中普遍存在的条件的情况，这些点是非常值得注意的。然而，在这项研究中，我们忽略了压力各向异性的下降，由于反馈的不稳定性，自然出现在小尺度的无碰撞等离子体。这种减少可能不会影响上述统计印记差异，但应在其他地方进行检查。
2015-11-10 astro-ph.CO astro-ph.GA
Simulations of MHD Instabilities in Intracluster Medium Including Anisotropic Thermal Conduction
为了研究最近发现的热通量浮力不稳定性（HBI）对星系团核心演化的影响，我们对星系团核心的冷却进行了一系列模拟。我们的模型遵循冷却星系团核心的三维磁流体动力学（MHD），并捕获沿磁场线的各向异性热传导的影响，但不考虑星系团的宇宙学背景或活动星系核的存在。我们的模型星系团可以分为三组，根据其最终的物理状态：灾变坍缩核心，等温核心，和一个中间组，其最终状态是由初始配置的磁场。模拟的核心，让人想起真正的集群核心显示演化的热崩溃的时间尺度上延长了约2-10倍的零传导的情况下相比。HBI的主要作用是将场线重新定向为垂直于温度梯度。一旦场被包裹在围绕核心的球形表面上，核心就与进一步的传导加热绝缘（有效热传导被抑制到小于斯皮策值的1/100）并继续塌陷。我们推测，在真正的集群，中央活动星系核和合并可能发挥的作用，“搅拌器”，周期性地破坏方位场结构，并允许热传导偶尔加热的核心。
2009-08-26 astro-ph.CO
Plasma 2020 - Intracluster Medium Plasmas
星系团是宇宙等级结构形成的最大、最有质量的束缚天体。重子占质量的10%多一点，大约90%的重子物质分布在整个星系团中，是热的（$T>1$ keV）、高$β$、非常弱的碰撞等离子体，即所谓的“星系团内介质”（ICM）。星系团合并、近距离引力相遇和吸积，以及来自星系的强烈反馈和来自活动星系核的相对论喷流，驱动了ICM内的风、重力波、湍流和冲击。这些动力学反过来又会产生星系团规模的磁场，加速和调节高能带电粒子的传输。动力学尺度的集体等离子体过程定义了这些ICM现象的基本特征和基本特征，这些现象主要由X射线和射电天文学家观察到。
2019-03-20 astro-ph.CO astro-ph.HE physics.plasm-ph
The Effects of Anisotropic Viscosity on Turbulence and Heat Transport in the Intracluster Medium
在星系团的团内介质（ICM）中，热量和动量几乎完全沿着（但不是穿过）磁场线传输。我们执行的第一个完全自洽的Braginskiii-MHD模拟的星系团，包括这两个影响。具体来说，我们进行局部和全球模拟的磁热不稳定性（MTI）和热通量驱动的浮力不稳定性（HBI）和评估粘度的影响，其饱和度和天体物理的影响。我们发现粘度对MTI的饱和度只有适度的影响。在以前的计算中，我们发现，MTI可以在星系团的外部产生近音速的湍流速度，虽然粘性有点抑制磁场放大。在冷核团簇的较小半径处，粘性可以降低HBI的线性增长率。然而，它对HBI的非线性饱和度的影响较小，部分原因是三维交换运动（磁通量管彼此滑过）不受各向异性粘性的阻尼。在冷核心集群的全球模拟中，我们表明，HBI强烈抑制径向热传导，从而沉淀冷却灾难。粘性的影响，然而，更重要的是更高的熵集群。我们认为粘性可以促进团核从冷核状态向非冷核状态的整体转变：另外的团内湍流源，如活动星系核反馈或星系尾流，通过热传导加热团核，抑制HBI;这使得ICM更粘稠，这减慢了HBI的生长，允许进一步传导加热簇芯并转变到非冷芯状态。
2012-01-03 astro-ph.CO astro-ph.HE
Cosmic evolution of the Faraday rotation measure in the intracluster medium of galaxy clusters
本研究利用弱碰撞发电机模型模拟了星系团内介质中法拉第旋转量至红移1.5的演化，发现其标准差和绝对平均值随星系团质量增加而增加，且径向剖面与红移无关，模型结果与观测数据吻合，可用于生成射电望远镜的模拟偏振观测。
2024-09-27 astro-ph.CO
Exploring the relation between turbulent velocity and density fluctuations in the stratified intracluster medium
团内介质（ICM）的动力学过程受到星系团合并、吸积和活动星系核反馈等过程驱动的湍流的影响。X射线表面亮度波动已经被用来限制星系团中的湍流。在这里，我们使用模拟进一步研究气体密度和湍流速度波动之间的关系，重点是ICM的分层的效果。在这项工作中，我们通过分析一个用宇宙学程序ENZO模拟的星系团样本来研究由分级吸积驱动的湍流。我们使用固定尺度的滤波方法来分离层流和湍流。在动态扰动的星系团中，我们发现了密度和速度波动的均方根之间的关系，尽管与以前报道的斜率不同。Richardson数是一个参数，代表湍流和浮力之间的比例，我们发现，这个变量有很强的依赖于过滤尺度。然而，我们无法检测到理查森数和对数密度波动之间的任何强关系，最近和更理想化的模拟结果相反。特别是，我们发现一个强大的影响，径向吸积，这似乎是气体波动的主要驱动程序。普遍存在的径向偏差的动态ICM表明，均匀性和各向同性并不总是有效的假设，即使湍流谱遵循柯尔莫哥洛夫的标度。最后，我们发现速度和密度谱的斜率是独立的集群中心半径。
2021-12-01 astro-ph.CO astro-ph.GA
Limits on the ions temperature anisotropy in turbulent intracluster medium
弱碰撞星系团内介质（ICM）中的湍流能够在离子中产生强的热速度各向异性（相对于局部磁场方向），如果粒子的磁矩在没有库仑碰撞的情况下是守恒的。在这种情况下，各向异性压力磁流体动力学（AMHD）湍流显示出非常不同的统计行为，从标准的MHD之一，是无法放大种子磁场，在与以前的宇宙学MHD模拟是成功地解释所观察到的磁场在ICM不一致。另一方面，温度各向异性也可以驱动等离子体不稳定性，这可以放松各向异性。这项工作的目的是比较弛豫率与增长率的各向异性驱动的湍流。我们采用准线性理论来估计离子散射率，由于平行的消防水龙带，镜子，和离子回旋不稳定性，从AMHD模拟的湍流ICM产生的一组等离子体参数。我们发现，ICM湍流只能维持非常接近不稳定性阈值的各向异性水平。我们认为，AMHD模型的边界的各向异性在边缘稳定性水平可以描述的阿尔芬湍流级联的ICM。
2016-05-17 astro-ph.CO astro-ph.HE physics.plasm-ph
Turbulence in stratified atmospheres: implications for the intracluster medium
团内介质（ICM）中的气体运动受分层湍流控制。分层湍流与Kolmogorov（各向同性，均匀）湍流有着根本的不同;动能不仅从大尺度到小尺度级联，而且还转化为浮力势能。为了了解ICM中的密度和速度波动，我们对亚音速湍流（具有均方根马赫数$\mathcal{M}\approx 0.25$）和不同层次的分层进行了高分辨率（$1024^2\times 1536$网格点）流体动力学模拟，分层由Richardson数$\mathrm{Ri}$量化，从$\mathrm{Ri}=0$（无分层）到$\mathrm{Ri}=13$（强分层）。我们量化的密度，压力和速度场变化的分层，因为观测研究经常使用表面亮度波动来推断的ICM湍流气体速度。我们发现，对数密度波动的标准偏差（PDMATHAMR），其中$s=\ln(ρ/\left<ρ(z)\right>)$，增加与PDMATHAMO。对于弱分层亚音速湍流（$\mathrm{Ri}\lesssim10$，$\mathcal{M}<1$），我们导出了一个新的$σ_s$-$\mathcal{M}$-$\mathrm{Ri}$关系式，$σ_s^2=\ln(1+b^2\mathcal{M}^4+0.09\mathcal{M}^2\mathrm{Ri}H_P/H_S)$，其中$b=1/3$ - $1$为湍流驱动参数，$H_P$和$H_S$分别为压力和熵标度高度。我们…
2020-03-25 astro-ph.CO astro-ph.GA physics.ao-ph
Enrichment of the hot intracluster medium: observations
四十年前，在英仙座星团的X射线光谱中，铁-钾发射特征的坚定探测揭示了铁在其热的星团内介质（ICM）中的存在。在过去20年里，随着更先进的任务的成功发射，这一发现已经扩展到许多其他金属和许多其他星系团、星系群和巨大椭圆星系的热大气层，作为生命的元素砖--由恒星和超新星合成--在宇宙的最大尺度上也被发现的证据。由于ICM发射X射线，处于碰撞电离平衡，其元素丰度原则上可以精确测量。反过来，这些丰度测量对于限制Ia型和核心坍缩超新星的物理和环境条件是有价值的，这些超新星在整个星团体积内爆炸并富集了ICM。另一方面，整个ICM的金属的空间分布构成了一个显着的签名的化学历史和演化的集群，集团和椭圆。在这里，我们总结了ICM中测量元素丰度的最重要成就，从最初的尝试到XMM-牛顿，钱德拉和朱雀的时代，以及Hitomi获得的前所未有的结果。我们还讨论了目前这些测量系统的局限性，以及未来的任务XRISM和雅典娜将如何进一步提高我们目前对ICM浓缩的认识。
2019-02-06 astro-ph.CO astro-ph.HE
Suzaku Observations of the Cold Front in A3667: a Non-Equilibrium Ionization State of the Intracluster Medium
本研究利用Suzaku卫星分析合并星系团A3667冷锋处的X射线光谱，发现冷锋内部的团簇内介质处于非平衡电离状态，其时间尺度远短于热平衡尺度，可能与微弱跨音速搅动运动及延伸的射电晕有关。
2024-08-26 astro-ph.CO astro-ph.HE
A thermally stable heating mechanism for the intracluster medium: turbulence, magnetic fields and plasma instabilities
我们考虑的问题，自我调节加热和冷却的星系团和集群磁场和湍流的影响。弱碰撞磁化等离子体的粘性加热由相对于局部磁场方向的压力各向异性来调节。团内介质是高β等离子体，其中由湍流应力引起的压力各向异性以及随之而来的磁场的局部变化将触发非常快速的微尺度不稳定性。我们认为，这些不稳定性的净效应将是钉在一个边际水平的压力各向异性，控制等离子体β参数。这就产生了与辐射冷却率相当的局部加热率。此外，我们表明，这种加热和韧致辐射冷却之间的平衡是热稳定的，不像冷却和热传导之间的平衡经常被破坏。如果有足够的（可能是自我调节的）湍流能量供应，这就提供了一种减轻冷却流和防止集群核心崩溃的物理机制。对于观测到的密度和温度分布，假设的粘性加热和辐射冷却的平衡使我们能够预测磁场强度，湍流速度和湍流尺度的函数，从中心的距离。具体的预测和观察比较给出了几个不同的集群。我们的预测可以通过未来对星团磁场和湍流速度的观测来进一步检验。
2010-08-21 astro-ph.CO astro-ph.HE physics.plasm-ph
Dynamical properties and detectability of the magneto-thermal instability in the intracluster medium
本文研究了星系团介质中磁热不稳定性（MTI）湍流的统计性质，通过标度律估算和MHD数值模拟评估其可观测特征，发现MTI驱动的湍流信号较弱，难以被未来的X-IFU直接探测，但若涨落更强则可能被观测到。
2024-04-29 astro-ph.CO astro-ph.HE
Anisotropic Thermal Conduction and the Cooling Flow Problem in Galaxy Clusters
我们研究了长期存在的冷却流问题在星系团与孤立的星系团的三维MHD模拟，包括辐射冷却和各向异性热传导沿磁场线。团内介质（ICM）的中心区域可以有大约2亿年或更短的冷却时间尺度-为了防止冷却灾难，ICM必须通过某种机制加热，例如AGN反馈或来自大半径热库的热传导。星系团的核心是线性不稳定的热流驱动的浮力不稳定性（HBI），这显着改变了集团核心的热力学。HBI是一种对流、浮力驱动的不稳定性，它将磁场重新排列为优先垂直于温度梯度。对于广泛的参数范围内，我们的模拟表明，在存在的HBI，有效的径向热导率降低到小于10%的完整的斯皮策传导率。随着传导加热的抑制，冷却灾难发生的时间尺度相当于集群的中央冷却时间。因此，热传导本身不太可能稳定具有低中心熵和短中心冷却时间尺度的团簇。高中心熵的星系团有足够长的冷却时间，传导可以帮助避免宇宙学上有趣的时间尺度的冷却灾难。
2009-05-27 astro-ph.CO astro-ph.HE
Radiative and dynamic stability of a dilute plasma
我们分析了稀释，热等离子体的线性稳定性，考虑到分层和各向异性热传导的影响。这项工作的动机是试图了解在星系团内的动态介质。我们表明，磁场的配置，名义上稳定的热通量驱动的浮力不稳定性（与一个积极的热梯度）或磁热不稳定性（负热梯度）可能会导致以前未被识别的g-模式过稳定性。超稳定性的驱动源是辐射冷却（正温度梯度）或热通量本身（负温度梯度）。虽然这些过稳定性的影响还有待探讨，我们推测，在许多放松的星系团中观察到的冷锋可能与它们的非线性演化。
2010-08-03 astro-ph.CO astro-ph.HE
Global linear analysis of the magneto-thermal instability in a stratified spherical model of the intracluster medium
Université de Toulouse（图卢兹大学）；University of Cambridge（剑桥大学）
本研究对星系团内介质中的磁热不稳定性进行全局线性分析，揭示其模式结构及与磁旋转不稳定性的联系，并提供数值基准，误差小于1%。
2025-10-15 astro-ph.CO astro-ph.HE
Plasma Instabilities in the Context of Current Helium Sedimentation Models: Dynamical Implications for the ICM in Galaxy Clusters
了解氦是否可以沉积到星系团的核心，对于宇宙学和天体物理学中的许多问题都很重要。目前解决这个问题的所有模型都是一维的，并且没有考虑到磁场可以有效地引导离子和电子，从而导致动量、热量和粒子扩散在弱碰撞群内介质（ICM）中的各向异性传输。这种各向异性会导致各种各样的不稳定性，这可能与理解非均匀介质的动力学有关。在本文中，我们考虑的径向温度和成分的配置文件，从一个国家的最先进的氦沉降模型，并分析其稳定性。我们发现，相关的径向轮廓是不稳定的，不同种类的不稳定性取决于磁场方向，在所有半径。增长最快的模式通常与非均匀介质中的磁热不稳定性（MTI）和热流驱动浮力不稳定性（HBI）的推广有关。我们发现，沉降的影响是增加（减少）预测的增长率在内部（外部）集群区域。与沉降时间尺度相比，不稳定模式增长较快。这表明，从沉积模型中推断的成分梯度可能不是很可靠，因为沉积模型没有充分考虑到弱碰撞环境的各向异性特征。我们的研究结果强调了在理解ICM的气体动力学所涉及的微妙之处，并认为需要一个全面的方法来解决氦沉积超出目前的模型的问题。
2015-10-12 astro-ph.CO
Models of magnetic-field evolution and effective viscosity in weakly collisional extragalactic plasmas
在弱碰撞的河外等离子体中，如团内介质，粘性应力和磁场强度的变化率与局部压力各向异性成正比，因此受到压力各向异性驱动镜和消防水龙带不稳定性的约束，并由局部瞬时等离子体β控制。这种等离子体的动力学与传统的MHD流体截然不同。等离子体预计将保持在局部的边缘状态相对于不稳定性，但它如何做到这一点是一个悬而未决的问题。研究了两种磁场演化模型。在第一种情况下，通过抑制场的变化率来实现边缘性。在第二种情况下，不稳定性引起异常碰撞，将压力各向异性降低到边缘-同时降低粘度，从而增加湍流应变率。这些模型的影响进行了研究，在一个简化的0 D设置。在第一个模型中，该领域的爆炸性增长，但在一个时间尺度上的规模与初始β，而在第二，动态场强可以达到一个大规模的湍流翻转时间，无论初始种子。这两种模型都产生非常间歇的磁场。两者的适用性都受到很大的限制：对于典型的团核条件，流体运动和微尺度波动之间的尺度分离在β ~10^5-10^4之间破裂。在较大的β（较弱的领域），一个完全无碰撞的等离子体发电机理论是必要的，以证明从一个微小的原始种子场的增长。然而，这里讨论的模型是适当的研究目前观察到的字段的结构，以及大规模的动力学和热力学的磁化ICM或类似的稀释天体物理等离子体。
2014-03-04 astro-ph.CO astro-ph.HE nlin.CD
Magnetorotational instability in cool cores of galaxy clusters
星系团嵌入在光学薄，引力分层，弱磁化等离子体在系统的维里温度晕。由于辐射冷却和各向异性的热传导，这样的团内介质（ICM）受到局部不稳定性，这是热，磁热和热通量驱动的浮力不稳定性的组合。如果ICM显著旋转，则其稳定性特性被显著修改，并且特别地，磁旋转不稳定性（MRI）也可以发挥重要作用。我们研究简单的模型旋转冷核心集群，我们表明，MRI可以是占主导地位的不稳定性的显着部分的集群，与可能的影响的动力学和演变的冷核心。我们的研究结果进一步激励测量旋转的ICM与未来的X射线任务，如ASTRO-H和ATHENA。
2015-06-03 astro-ph.CO astro-ph.HE
Magneto-Thermal Instability In Galaxy Clusters I: Theory and Two-Dimensional Simulations
确定星系团中湍流的起源，并量化其热量传输，是一个突出的问题，对我们理解它们的热力学历史和结构具有重要意义。当团内介质（ICM）的稀等离子体被磁化时，热量和动量优先沿着磁场线传播。这种各向异性触发了一类浮力不稳定性，使ICM不稳定，其湍流运动可以增加或阻碍热传输。我们重点研究了磁热不稳定性（MTI），它可能活跃在星系团的外围。我们的目标是重新审视这个问题，并构建一个通用的理论，解释MTI饱和机制，并提供缩放和估计的湍流动能，磁能和热通量。我们模拟MTI湍流与Boussinesq代码，SNOOPY，这与以前的工作相比，使我们能够执行广泛的采样的参数空间。在两个维度的饱和机制涉及一个逆级联携带动能从短MTI注入尺度到更大的尺度，在那里它被逮捕的稳定熵分层;在一个特征“浮力尺度”，能量被倾倒到大规模的g-模式，随后消散。因此，熵分层对湍流涡旋的大小和强度设置了上限。同时，尽管磁场的几何形状错综复杂，MTI仍传递了相当大一部分热量。在一个配套文件中，这些结果被扩展到三维流，并与真正的集群观测。
2021-10-26 astro-ph.CO astro-ph.GA physics.plasm-ph
Intracluster Light as a Probe for Dark Matter: Exploring Self-interacting Dark Matter and Cold Dark Matter with C-EAGLE Sims
Korea Astronomy and Space Science Institute (KASI)（韩国天文学与空间科学研究所）；Quantum Universe Center, Korea Institute for Advanced Study（量子宇宙中心，韩国高等研究院）；School of Physics, The University of Sydney（悉尼大学物理学院）；ARC Centre of Excellence for Dark Matter Particle Physics（暗物质粒子物理卓越研究中心）；Departamento de Física Teórica, Facultad de Ciencias M-8, Universidad Autónoma de Madrid（马德里自治大学理学院M-8理论物理系）；Natural Science Research Institute (NSRI), University of Seoul（首尔大学自然科学研究所）；School of Physics, Korea Institute for Advanced Study（韩国高等研究院物理学院）；School of Physics and Astronomy, University of Nottingham（诺丁汉大学物理与天文学院）；Center for Advanced Computation, Korea Institute for Advanced Study（韩国高等研究院先进计算中心）；University of Science and Technology (UST)（科学技术院）
通过分析C-EAGLE模拟，研究簇内光在区分暗物质模型中的有效性，发现BCG+ICL是暗物质最准确的追踪者，SIDM中气体分布更接近暗物质，揭示了暗物质相互作用对结构形成的影响。
2026-09-09 astro-ph.CO astro-ph.GA
Pushing the Frontiers of Non-equilibrium Dynamics of Collisionless and Weakly Collisional Self-gravitating Systems
本论文提出新理论描述受扰星系在脉冲、绝热和近共振机制下的非平衡弛豫及动力学摩擦，首次解释了动力学浮力与核停滞现象，揭示了其对超大质量黑洞并合的深远影响。
2024-02-13 astro-ph.CO astro-ph.GA nlin.CD
Galaxy Motions, Turbulence and Conduction in Clusters of Galaxies
星系团中的非相对辐射冷却导致了过度的质量沉积速率。然而，星系团的冷核由于较小的合并或星系围绕星系团中心运动而被热传导和湍流热扩散持续加热。这些过程可以减少活动星系核加热冷核所需的能量，或者可以完全防止过冷。我们进行3D MHD模拟，包括场对准的热传导和自引力粒子来详细模拟这一点。湍流并不局限于星系的尾流，而是由于大尺度g模的激发而充满体积。我们系统地探讨了星系质量和数量的参数空间。对于广泛的观测动机的星系参数，磁场随机搅拌运动，恢复传导热流的核心。冷却灾难要么没有发生，要么延迟到足以让群集经历一次可能重置群集内介质条件的重大合并。虽然湍流运动的耗散作为热源可以忽略不计，但湍流热扩散是极其重要的;它在星团中心占主导地位。然而，热传导在较大半径处变得重要，并且没有热传导的模拟遭受冷却灾难。传导作为热源和减少稳定浮力都很重要，从而实现更有效的扩散。湍流促成传导，传导促成湍流。在这些模拟中，气体涡度-这是一个很好的指示被困g模式-随着时间的推移而增加。涡量的增长近似地反映了磁场的增长，而磁场的增长又被湍流放大。
2010-08-30 astro-ph.CO
Critical magnetic Reynolds number of the turbulent dynamo in collisionless plasmas
本文利用三维混合动力学粒子模拟研究无碰撞等离子体中的湍流发电机机制，确定了未磁化与磁化两种区域下的临界磁雷诺数分别约为107和124，并揭示了磁能增长率不依赖种子磁场强度。
2024-01-16 astro-ph.CO physics.plasm-ph
Local Simulations of Instabilities Driven by Composition Gradients in the ICM
氦在星系团中的团内介质（ICM）中的分布由于等离子体温度很高而没有得到很好的限制。因此，等离子体通常被认为是均匀的。然而，不均匀的氦分布可能导致测量关键簇参数时的偏差。这激发了一维模型的发展ICM成分假设的影响，磁场可以参数化或忽略。这种非等温团簇模型表明，氦可以沉积在团簇的核心，导致浓度峰值偏离团簇中心。最近已被证明是线性不稳定时，磁化等离子体的弱碰撞字符被认为是。在本文中，我们提出了一个修改后的版本的MHD程序雅典娜，这使得它有可能演变的弱碰撞等离子体受到引力场和分层的温度和成分。我们彻底测试了我们的实现，并确认了与几个分析结果的良好一致性。为了隔离的组合物的影响，在这个初步的研究中，我们把注意力集中在等温等离子体。我们表明，等离子体不稳定性，喂养的成分梯度，可以诱导湍流混合和饱和的重新安排磁场线和减轻成分梯度。随着半径增加的成分分布导致不稳定性，通过将平均磁场倾角驱动到大致$45^{\circ}$而使不稳定性饱和。我们推测，这种效果可能会减轻在均匀设置中观察到的核心绝缘，与相关的冷却流问题的潜在后果。
2020-06-03 astro-ph.CO astro-ph.HE
The Matryoshka Run (II): Time Dependent Turbulence Statistics, Stochastic Particle Acceleration and Microphysics Impact in a Massive Galaxy Cluster
我们利用Matryoshka运行研究了10 $^{15}M_\odot$星系团的团内介质中结构形成驱动湍流的时间相关统计。我们调查的湍流级联在内部Mpc的压缩和不可压缩的速度分量。流动保持充分发展的湍流的近似条件，其偏离在大约涡流周转时间内稳定。即使在低质量吸积率下，湍流速度色散仍高于$700$ km s $^{-1}$，压缩能量的分数在10%和40%之间。与不可压缩湍流不同，压缩湍流的标准化和斜率在短时间尺度上易受较大变化的影响。一个主要的合并发生在红移$z\simeq0$周围，并伴随着长时间的增强湍流，归因于与物质空间聚集有关的质量吸积的时间聚集。我们测试模型的随机加速压缩模式的起源弥漫无线电发射的星系团。湍流模拟模型约束了这个复杂问题的一个重要未知数，并提出了它对难以捉摸的团内等离子体微观物理的依赖。特别是，等离子体的碰撞和耗散物理的弱冲击的具体情况影响的压缩模式的加速率具有强烈的影响的级联。在这种背景下，射电晕作为一种复杂的现象出现，在这种现象中，一系列作用于越来越小的尺度上的过程在起作用。压缩模式的随机加速度意味着无线电功率和频谱指数与合并核心距离的统计相关性，原则上都可以用无线电测量进行测试。
2014-12-17 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Magneto-Thermal Instability In Galaxy Clusters II: Three-Dimensional Simulations
在星系团内介质（ICM）中，磁场线之间的热交换受到强烈抑制。这种各向异性的热传导，在大尺度的温度梯度的存在下，不稳定的星系团的外围通过磁热不稳定性（MTI），从而提供了观察到的ICM湍流的来源。在本文中，我们继续我们的调查MTI与3D模拟使用Boussinesq代码SNOOPY。我们纠正我们以前的二维研究固有的两个问题：逆能量级联和发电机行动的不可能性。与二维模拟相反，我们发现跨尺度的能量传输是无关紧要的（大部分能量在与其注入相同的尺度上耗散），并且湍流涡旋在热传导长度处或以下垂直伸长，但在较大尺度上相对各向同性。然而，与2D类似，饱和湍流能级和积分尺度遵循取决于热扩散率、温度梯度和浮力频率的明确幂律。我们还表明，MTI放大磁场，通过一个波动发电机，均分强度提供的MTI湍流的积分尺度大于粘性耗散尺度。最后，我们表明，我们的标度律是一致的ICM湍流的现有观测，如果热传导率减少了$\sim 10$从斯皮策值的一个因素，并在全球集群尺度上的稳定分层显着降低了MTI运动的垂直伸长。
2021-10-27 astro-ph.CO physics.plasm-ph
The effect of pressure-anisotropy-driven kinetic instabilities on magnetic field amplification in galaxy clusters
本研究考虑压力各向异性驱动的动理学不稳定性效应，结合Modified GALFORM并合树与湍流小尺度发电机模型，发现星系团磁场放大需在z≥1.5开始才能在z=0达均分，为未来射电观测约束发电机阶段提供工具。
2024-03-08 astro-ph.CO physics.flu-dyn physics.plasm-ph
On the Efficiency of Thermal Conduction in Galaxy Clusters
星系团拥有一个大型的扩散等离子体库，具有径向变化的温度分布。由于湍流和磁场的存在，团簇内介质（ICM）的热传导效率变得非常复杂。以往的研究表明，在星系团的外部区域发展的磁热不稳定性将驱动磁场线优先径向，导致沿径向方向的有效传导。使用一系列球对称模拟，在这里，我们研究了热传导对三个大质量星系团外部区域温度分布的影响，发现热传导大大改变了ICM温度分布。在3 Gyr内，典型半径$0.3r_{500}$处的气体温度通常下降约10 - 20%，并且$0.3r_{500}$和$r_{500}$之间的平均温度斜率下降约30 - 40%，这表明在存在热传导的情况下，观察到的ICM不会保持在长期平衡态。然而，X射线观测表明，大质量星团的外部区域具有非常相似的径向下降温度分布，这表明它们应该是相当稳定的。因此，我们的研究表明，沿径向方向的有效传导率必须被抑制低于斯皮策值的10倍或更多，除非额外的热源抵消传导冷却，并保持所观察到的温度分布。我们的研究为动力镜或哨声不稳定性抑制低碰撞等离子体中沿磁场线的平行传导提供了确凿的证据。
2018-07-06 astro-ph.CO astro-ph.HE
The warm-hot circumgalactic medium around EAGLE-simulation galaxies and its detection prospects with X-ray line emission
利用EAGLE模拟方法，对大晕质量范围（$\mathrm{M}_{\mathrm{200c}} = 10^{11.5}$ - $10^{14.5}\,\mathrm{M}_{\odot}$）内星系环星系介质（CGM）的X射线金属线辐射的可探测性进行了估算.使用XRISM Resolve仪器，应可检测到来自$\mathrm{M}_{\mathrm{200c}} \gtrsim 10^{13}\,\mathrm{M}_{\odot}$晕圈的少量亮（K-$α$或Fe L-壳层）线。使用Athena X-IFU或Lynx主阵列，可检测到来自$\mathrm{M}_{\mathrm{200c}} \gtrsim10^{12.5}\,\mathrm{M}_{\odot}$晕内CGM的发射谱线（尤其是来自O VIII和O VII的发射谱线），并且可检测到维里半径外的组内和簇内气体。利用Lynx超高分辨率阵列，可以访问$\mathrm{L}_{*}$星系的晕的内部CGM。这些估计值确实假设了长暴露时间（$\sim 1 \,$ Ms）和大空间箱（$\sim1$ - $10\,\mathrm{arcmin}^{2}$）。这种发射主要是由碰撞电离（CI）气体，并往往来自晕中心。发射偏向于接近CI气体的最大发射率温度（$\mathrm{T}_\mathrm{peak}$）的温度以及高密度和金属丰度。然而，…
2022-07-16 astro-ph.CO astro-ph.GA
Magnetogenesis in a collisionless plasma: from Weibel instability to turbulent dynamo
在完全动理学框架下，通过外部机械力研究未磁化等离子体中磁场的自洽产生与放大，揭示了 Weibel 不稳定性产生种子场并经涨落发电机放大至能量均分的过程，对星系团及星系际磁场起源有重要意义。
2023-07-28 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Magnetofluid dynamics of magnetized cosmic plasma: firehose and gyrothermal instabilities
磁化弱碰撞宇宙等离子体的全球动力学和湍流描述的一般磁流体方程，包含压力各向异性和热通量，必须从微观等离子体动力学理论计算。它表明，即使没有详细的计算的压力各向异性或热通量，人们发现宏观尺度的动力学是一般不稳定的微尺度Alfvenically极化波动。两个不稳定性被认为是详细的：平行消防水龙带不稳定性（包括有限拉莫尔半径的影响，确定最快的增长模式）和gyrotothermal不稳定性（GTI）。后者是一个新的结果-它表明，平行的离子热通量不稳定Alfvenically极化波动，即使在没有所需的消防水管的负压各向异性。主要结论是，压力各向异性和热通量触发等离子体微不稳定性，因此，它们的值将可能由这些不稳定性的非线性演化。理解这种非线性演化的想法进行了讨论。认为宇宙等离子体一般是“三尺度系统”，包括全球动力学、中尺度湍流和微尺度等离子体涨落。天体物理学的例子被认为是冷核心的星系团，它是注意到，观察点在集群中的湍流是在一个边缘状态相对于等离子体微不稳定性，所以它是等离子体微物理学，是可能设置的加热和传导性能的内集群介质。特别是，推导出GTI所隐含的温度波动的规模上的下限。
2010-06-10 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Turbulent dynamo in a collisionless plasma
磁场遍布整个宇宙，影响着从宇宙到行星尺度的天体物理系统的形成和演化。银河系外磁场的产生和动力学放大贯穿宇宙时间，达到附近星系团报告的$μ$高斯水平，接近等离子体运动的动能均分，尺度至少为数十千秒差距，这是一个主要的难题，基本上不受观测的约束。在这种情况下，经常会引用发电机效应将动能转化为磁能，然而河外等离子体是弱碰撞的（与磁流体力学流体相反），并且在这种等离子体中是否可能通过有效的湍流发电机不稳定性来实现磁场增长和维持还没有确定。在六维相空间中的弗拉索夫方程的完全动力学数值模拟回答这个问题所必需的，直到最近仍然超出计算能力。在这里，我们通过这样的模拟表明，磁场放大通过发电机不稳定性发生在随机驱动的，非相对论性的亚音速流最初未磁化的无碰撞等离子体。我们还发现，发电机自加速，并成为纠缠与动力学不稳定性的磁化强度增加。结果表明，这样的等离子体发电机可能在实验室实验中实现，支持的想法，即集群内介质（ICM）湍流可能显着有助于放大集群磁场近均分水平的时间尺度短于哈勃时间，并强调多尺度动力学物理在高能天体物理等离子体的关键作用。
2016-04-01 astro-ph.CO astro-ph.HE physics.flu-dyn
