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
On the cause of solar-like equatorward migration in global convective dynamo simulations
我们目前的结果从四个对流驱动恒星发电机模拟球楔几何。所有这些模拟产生循环和迁移平均磁场。通过详细的比较，我们表明，迁移方向可以解释的$αΩ$发电机波的帕克-吉村规则。我们的结论是，赤道迁移在这个和以前的工作是由于一个积极的（消极的）$α$的影响，在北（南）半球和负径向梯度$Ω$外的这些模型的内切圆柱。这一想法得到了向赤道传播区域中负径向切变和环向场强度之间的强相关性的支持。
2014-11-28 astro-ph.SR
From convective to stellar dynamos
对流驱动发电机与旋转产生磁场的规模大的规模相比，湍流涡旋正在审查。有人认为，这些领域可以理解为阿尔法效应的结果。在笛卡尔域中的模拟表明，这种大规模的磁场饱和的时间尺度上兼容的电阻，这表明α效应的幅度在这里仍然受到近似磁螺旋守恒。有人认为，在不存在剪切和/或任何其他已知的大尺度发电机效应的情况下，这些模拟证明了湍流α ^2型发电机的存在。最后，最近的结果进行了讨论的背景下，太阳和恒星发电机。
2011-03-28 astro-ph.SR
Solar-like differential rotation and equatorward migration in a convective dynamo with a coronal envelope
我们目前的结果对流湍流发电机模拟包括冠层在一个球楔。我们发现一个赤道迁移的径向和方位场的太阳黑子在太阳活动周期的行为相似。磁场的迁移与辐状差异自转和逆太阳（顺时针）纬向环流共存。尽管迁移延伸到整个对流区，但导致这种迁移的机制尚未完全了解。
2012-11-02 astro-ph.SR
Magnetic cycles in a dynamo simulation of fully convective M-star Proxima Centauri
最近在比邻星周围发现了一颗类似地球的系外行星，这为缓慢旋转的完全对流M星提供了一个亮点。当这些恒星快速旋转时（周期为$\lesssim 20$天），它们会产生非常高的活动水平，这种活动由比太阳磁场强得多的磁场提供动力。最近的理论工作开始理解产生如此强的磁场的发电机过程。然而，对于旋转缓慢的完全对流M星，观测和理论前景仍然相对未知。在这里，我们提出了一个滞弹性发电机模拟，旨在模仿一些物理特性的比邻星，一个代表性的情况下，缓慢旋转的完全对流的M星。旋转对流自发地在对流区中产生差分旋转，其驱动相干磁循环，其中轴对称磁场随着时间的推移在所有纬度重复地改变极性。模拟中“活动”周期的典型长度约为9年，与最近提出的Proxima Centauri活动周期长度约为7年完全一致。我们的结果与早期的工作相比，我们假设发电机机制经历了一个根本性的变化，完全对流恒星旋转随着年龄的增长。
2016-12-01 astro-ph.SR
Building and Maintaining a Solar Tachocline through Convective Dynamo Action
三十多年来，薄的太阳速跃层的动力学维持一直是恒星天体物理学的核心问题之一。三个主要的理论已经发展来解释速跃层的薄，但到目前为止，他们都没有被证明是令人信服的工作在极端参数制度的太阳内部。在这里，我们提出了一个旋转的，3D的，球壳模拟相结合的太阳能对流区和辐射区，实现了速跃层建立和维持对流发电机行动。由于数值上的限制，发电机阻止了速跃层的粘性扩散，而不是人们认为发生在太阳上的爱丁顿-斯威特时间尺度辐射扩散。尽管如此，我们的模拟支持通过循环太阳发电机的速跃层限制的情况下，是第一次的主要限制的情况之一已经实现了在一个全球性的，3D的，球壳几何形状，包括非线性流体运动和自洽生成的发电机。
2021-05-12 astro-ph.SR
Coronal ejections from convective spherical shell dynamos
我们提出了一个三维模型的旋转对流结合一个简化的日冕球坐标系。对流区的运动产生了一个大规模的磁场，偶尔会喷射到上面的外层。我们的模型日冕是近似等温的，但它包括由于重力的密度分层。
2011-11-07 astro-ph.SR
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
Magnetic fields in fully convective M-dwarfs: oscillatory dynamos vs bistability
M矮星有两种活动：1）强（千高斯）的几乎轴对称的极向磁场; 2）相当弱的非轴对称磁场，有时包括大量的环向分量。发电机双稳性已被提出作为一种解释。然而，在发电机模型中获得这样的双稳态并不简单。另一方面，太阳磁偶极子在磁场反转时变得横向于旋转轴，而磁场在远离反转时变得较弱。因此，太阳类似于具有第二种活动的恒星。我们认为M矮星可以有磁循环，而具有第二种活动的M矮星可能只是在磁场反转时观测到的恒星。在此模型框架下，可以利用具有第二类活动的M矮星的相对数量来确定近地表恒星对流的参数。
2014-01-08 astro-ph.SR
Grand Minima and Equatorward Propagation in a Cycling Stellar Convective Dynamo
三维磁流体动力学（MHD）滞弹性球谐函数（ASH）代码，使用斜率限制扩散，捕捉对流和发电机过程中实现的全球尺度恒星对流模拟的模型太阳质量的恒星旋转在三倍的太阳率。发电机产生的磁场具有许多时间尺度，大约每6.2年发生一次显著的极性周期。磁场形成大规模的环形圈，其形成与低Rossby数的对流在这个模拟。极性反转与大尺度磁场的弱差旋转和电阻性崩溃有关。赤道迁移的磁场，这是由于强烈的调制的差异旋转，而不是发电机波。来自赤道的磁通量向极迁移最终导致高纬度磁场极性的反转。该模拟还进入了低纬度地区持续约16年（约2.5个极性周期）的磁能减少的间隔，在此期间极性周期被破坏，之后发电机恢复其常规极性周期。对这个最小值的分析表明，它可能是通过对称和反对称发电机家族的相互作用而产生的。这种间歇性发电机状态可能是由于模拟相对较低的磁普朗特数。基于平均场的分析表明，该发电机模拟是$α$ - $Ω$型。的时间尺度，似乎是相关的磁极性反转也确定。
2015-07-10 astro-ph.SR
Incorporating Surface Convection into a 3D Babcock-Leighton Solar Dynamo Model
光球上观测到的对流（例如，超粒化（supergranulation，granulation）在从太阳黑子场产生大尺度极场的Babcock-Leighton（BL）过程中起关键作用。在大多数的地面通量输运（SFT）和BL发电机模式中，地面场的扩散和迁移被模拟为有效的湍流扩散。最近的SFT模型已纳入明确的，现实的对流流动，以提高对流传输的保真度，但据我们所知，这还没有实现在以前的BL模型。由于大多数通量输运（FT）/BL模型是轴对称的，它们没有能力包括这样的流动。我们提出了第一个运动学三维FT/BL模型，明确纳入现实的对流太阳观测的基础上。虽然我们描述了一种方法来概括这些流到3D，我们发现，他们产生的运动学小规模发电机动作破坏的循环发电机的操作。通过限制对流仅作用于磁场的垂直径向分量来找到循环解。获得的结果通常与观察到的表面通量演变以及湍流扩散率为$3 \times 10^{12}$ cm $^2$ s $^{-1}$（300 km $^2$ s $^{-1}$）数量级的非对流模型非常一致。然而，我们发现，湍流扩散系数的使用低估了发电机效率，产生较弱的平均场和较短的周期比对流模型。此外，对流模式在极地地区表现出混合极性带，在太阳观测中没有对应的。此外，显式计算的湍流电动势（emf）与扩散通量几乎没有相似之处。我们还发现，极向通量的向极迁移速度主要由纬向流和垂直扩散决定。
2018-04-09 astro-ph.SR
Convective Dynamo Simulation with a Grand Minimum
评估了在模拟以太阳速度三倍旋转的类太阳恒星中实现的全球尺度发电机作用。三维MHD滞弹性球谐函数（ASH）的代码，增加了粘度最小化计划，捕捉对流和发电机过程中，这G型星。模拟是在一个球壳，包括3.8密度尺度高度的太阳能对流区。结果发现，发电机的行动与高度的时间变化发生，许多周期性的极性反转发生大约每6.2年。磁能也有规律地上升和下降。磁能量循环产生于洛伦兹力对差动旋转的反馈，而导致极性反转的过程则更为复杂，似乎是由对流与平均环向场的相互作用引起的。此外，赤道迁移的环向场被发现，这是联系在一起的变化的微分旋转，并可能到一个非线性发电机波。这个模拟也进入了一个持续大约20年的大极小期，之后发电机恢复了其正常的极性周期。
2015-03-13 astro-ph.SR
Simple Scaling Relationships for Stellar Dynamos
本文提供了一个简要的概述发电机之间的磁和动能均分程度的标度关系。采用三种基本方法来探索这些标度关系，首先看两个简单的模型：一个假设磁旋和另一个，包括惯性的影响。接下来，推导出第三种比例关系，该关系利用发电机具有两个完整的空间尺度的假设，并且由浮力功和欧姆耗散的平衡驱动，如Davidson 2013年所研究的。然后将其结果与一套对流发电机模拟进行比较，该模拟具有一个具有弱密度分层的完全对流域，并捕获了一系列对流Rossby数的结果发电机的行为（Augustson等人，2016）。
2017-01-10 astro-ph.SR
Dynamo Scaling Relationships
本文提供了一个简要的看发电机之间的磁和动能均分程度的标度关系。两个简单的模型进行检查，其中一个假设磁旋和另一个，包括惯性的影响。然后，这些模型进行比较，一套对流发电机模拟的对流核心的主序星B型星，并适用于其后期的演化阶段。
2017-02-14 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
Fluctuation dynamo amplified by intermittent shear bursts in convectively driven magnetohydrodynamic turbulence
间歇性的大规模高剪切流被发现经常发生，自发地在统计稳定的湍流Boussinesq磁流体动力学（MHD）对流的直接数值模拟。系统的能量稳定状态是由速度场的对流驱动和小尺度发电机作用维持的。具有强速度和磁剪切的流动结构的间歇性出现在比大尺度对流运动的特征时间更长的时间尺度上以升高的速率产生磁能。磁能放大的弹性表明，间歇性剪切爆发是一个重要的驱动器发电机行动在湍流磁对流。
2013-09-05 astro-ph.SR physics.comp-ph
Stellar Cycles in Fully Convective Stars and a New Interpretation of Dynamo Evolution
本研究通过分析M型矮星与FGK星的活动周数据，提出冷星存在两种发电机模式，解释了不同类型恒星活动周与罗斯比数关系的差异及发电机演化机制。
2023-03-15 astro-ph.SR
Rotational dependence of turbulent transport coefficients in global convective dynamo simulations of solar-like stars
对于中等和缓慢的旋转，观测到类太阳恒星的磁活动强烈依赖于旋转。这些观察结果还没有一个坚实的解释发电机理论。我们的目标是找到这样一个解释，通过数值研究的旋转依赖性的发电机驱动器在类太阳恒星。我们运行了半全球对流模拟的恒星旋转率从0到30倍的太阳值，对应的科里奥利数，Co，0至110。我们用测试场方法测量了描述磁场演化的湍流输运系数，并与由微分旋转引起的发电机效应进行了比较。$α$张量的迹线随着Co $^{0.5}$的中等旋转速率而增加，并且随着快速旋转而变平。如果考虑到对流尺度随旋转增加而减小，则这种行为与动力学$α$一致。对于Co $\gtrsim 1$，$α$张量变得高度各向异性。此外，$α_{rr}$在中等旋转（1<Co<10）中占主导地位，$α_{ϕϕ}$在快速旋转（Co $\gtrsim 10$）中占主导地位。湍流抽运效应对磁场的回旋输运起着主导作用。考虑到所有的发电机效应，我们发现三个不同的制度。对于慢自转，在反太阳差异自转的情况下，$α$和Rädler效应占主导地位。对于中等旋转，$α$和$Ω$效应占主导地位，表明$αΩ$或$α^2Ω$发电机在运行，产生向赤道迁移的发电机波与定性太阳一样的旋转配置文件。对于快速旋转，受雷德勒效应影响的$α^2$机制似乎是发电机最可能的驱动力。我们的研究揭示了大量的发电机效应超出了经典的$αΩ$机制的存在。
2020-07-22 astro-ph.SR
Magnetic Cycles in a Convective Dynamo Simulation of a Young Solar-type Star
年轻的太阳型恒星旋转迅速，许多是磁性活跃的;有些经历类似于22年太阳活动周期的磁性周期。我们进行模拟发电机行动在快速旋转的太阳与3D MHD滞弹性球谐（ASH）代码探索发电机行动实现的对流信封的太阳型恒星旋转5倍的当前太阳自转速率。引人注目的全球尺度的磁环出现在湍流对流区的中间，并显示出丰富的时间依赖性。发电机表现出周期性的活动，并经历准周期性的极性反转的全球规模的极向场和环向场的变化，在大约1500天的时间尺度上的意义。这些磁活动模式自发地从湍流中出现，并且在时间和空间上比我们以前对太阳发电机的模拟中实现的更有组织。我们详细评估的竞争过程中的磁场创建和破坏我们的模拟，有助于全球规模的逆转。我们发现，平均环向场主要是通过建立一个$Ω$ -效果，而平均极向场建立湍流的相关性，不一定是一个简单的$α$ -效果。在反转期间，磁环向极地区域传播，这似乎是由向极传播的发电机波引起的。对流中的主要响应涉及轴对称的微分旋转，其显示与向极传播的磁环相关的变化。在太阳中，在扭转振荡的极向分支中观察到类似的模式，这些模式可能代表太阳表面以下深处的极向传播的磁场。[删节]
2011-02-09 astro-ph.SR
Ejections of magnetic structures above a spherical wedge driven by a convective dynamo with differential rotation
我们结合对流驱动发电机在一个球壳与一个近等温的密度分层冷却层，模仿恒星日冕的某些方面，研究磁场结构的出现和喷射。该方法是早期模型的扩展，其中采用强制湍流模拟来产生磁场。使用的球楔由对流区和扩展到球体半径$\approx1.5$倍的冕区组成。楔形包含球体方位角范围的四分之一和纬度的$150\degr$。磁场是由表面下的对流引起的湍流运动自洽地产生的。发现磁场出现在表面，并被喷射到域的日冕部分。这些喷射发生在不规则的时间间隔，比以前的工作弱。我们尝试性地将这些事件与太阳上的日冕物质抛射联系起来，尽管我们的太阳大气模型相当简单。
2012-09-30 astro-ph.SR
Rotational Dependence of Large-scale Dynamo in Strongly-stratified Convection: What Causes It?
在具有对流湍流的刚性旋转磁流体动力学（MHD）系统中，当自旋速率足够大时，可以激发出$α^2$型大尺度发电机。本文采用平均场发电机模型结合磁流体对流的直接数值模拟，研究了$α^2$型发电机的转动相关性及其产生的原因。考虑到太阳/恒星发电机的应用，我们采用了强分层的多变性作为对流大气的模型。我们的DNS模型表明，$α^2$型发电机被激发时，${\rm Ro} \lesssim 0.1$，其中${\rm Ro}$是定义的体积平均对流速度的Rossby数。从相应的MF模型，我们证明了旋转依赖的$α^2$型发电机主要是由于湍流磁扩散的大小的变化。随着自旋速率的增加，湍流磁扩散减弱，而对流区的$α$效应基本保持不变，为大尺度发电机的激发提供了临界点。本文还从湍流电动势的转动依赖性的观点讨论了冷星中可观测到的恒星磁活动的${\rm Ro}$依赖性。总的来说，我们的研究结果表明，为了更好地掌握恒星发电机的活动和它的${\rm Ro}$依赖性，它应该是量化的对流速度的变化与恒星的自旋速率，考虑到旋转淬火和洛伦兹力反馈的磁场对流湍流。
2022-06-14 astro-ph.SR
Long-term variations of turbulent transport coefficients in a solar-like convective dynamo simulation
太阳，除了其11年的太阳黑子周期外，还受到其活动的长期变化的影响。在这项工作中，我们分析了一个类似太阳的对流发电机模拟，包含大约60个磁周期，表现出赤道向传播的磁场，多个频率，和不规则的变化，包括错过周期和复杂的奇偶校验偶极和四极模式之间的过渡。我们计算的湍流输运系数，描述的平均磁场的湍流速度场的影响，使用测试场的方法。测试场分析提供了一个合理的解释失踪的周期方面的减少$α_{ϕϕ}$提前减少的表面活动，并加强向下湍流泵在事件中，以限制在对流区的底部，其中局部最大值的磁能在事件中观察到的一些磁场。然而，在同一时间，淬火的湍流磁扩散率被观察到，虽然不同的深度分布相比，其他传输系数。因此，需要专门的平均场建模进行验证。
2017-10-06 astro-ph.SR
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
The Magnetic Furnace: Intense Core Dynamos in B-stars
在对流核心的主序星大质量恒星发电机的行动实现探索在这里通过3D全球模拟的对流核心发电机内运行的一个年轻的$\Msun{10}$ B型星，使用滞弹性球谐（ASH）代码。这些模拟捕捉了这颗恒星半径的65%，包括对流核燃烧核心（半径约23%）和覆盖的辐射包层的一部分。八个旋转速率被认为是从0.05%到16%的表面破碎速度，从而捕获对流，几乎没有感觉到旋转的影响和其他情况下，其中科里奥利力是突出的。在所有这些湍流对流核心内实现的强有力的发电机作用建立了峰值强度超过兆高斯的磁场，与对流动能（KE）相比，较快旋转体中的总磁能（ME）达到超均分水平。核心对流通常涉及大致与旋转轴对齐的湍流柱状速度结构，其中磁场穿过这些辊并在整个核心中具有复杂的联系。非常强的场能够与流动共存，而不会通过洛伦兹力使它们熄灭。速度和磁场通过几乎共同对准来实现这样的状态，并且随着复杂的演化的进行，峰值磁岛从最快的流稍微移位。随着旋转速率的增加，主要的力平衡从平衡洛伦兹力的非线性平流转移到科里奥利力和洛伦兹力之间的磁旋平衡。
2016-07-01 astro-ph.SR
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
Common dynamo scaling in slowly rotating young and evolved stars
对晚型恒星的活动和磁性的一种解释是，它们都随着罗斯比数的减少而增强，直到饱和水平，这表明恒星发电机依赖于旋转和对流湍流。然而，一些研究声称，旋转本身就足以充分参数化这种缩放。在这里，我们解决的问题，包括演化的，后主序星的旋转活动关系的分析，湍流恒星发电机的相关性。与主序星相比，这些恒星旋转非常缓慢，但表现出类似的活动水平。我们发现，这两个演变阶段落在一起的旋转活动图，并形成一个单一的序列在不饱和制度的关系，只有来自恒星模型的Rossby数，确认早期的初步结果，依赖于一个更简单的参数化对流周转时间。这反映了最近完全对流的M矮星的结果，它们同样落在与部分对流太阳型恒星相同的旋转活动序列上。我们的研究结果表明，湍流在驱动恒星发电机中起着至关重要的作用，并表明有一个共同的与磁场相关的发电机机制解释了所有晚型恒星的磁活动。
2020-03-19 astro-ph.SR
Strong dipole magnetic fields in fast rotating fully convective stars
M矮星是银河系中数量最多的恒星，质量在0.5到0.1太阳质量之间。它们中的许多表现出与我们的太阳质量相似的表面活动，并产生耀斑，高X射线通量和大规模磁场。这种活动是由内部对流运动提供动力的发电机驱动的。了解这些恒星中恒星磁场的性质在天体物理学中有广泛的应用，包括，例如，恒星发电机理论和行星周围的环境条件，可能是围绕这些恒星。大多数具有对流包层的恒星遵循旋转-活动关系，其中各种活动指标在旋转周期短于几天的恒星中饱和。在自转速度较慢的恒星中，这种活动随着自转速度的增加而逐渐减弱。一般认为，由于X射线和磁通量之间的紧密经验相关性，恒星磁场也会饱和，达到约4 kG的值。在这里，我们报告的检测磁场以上的假定饱和极限在四个完全对流的M-矮星。通过结合光谱和偏振研究的结果，我们解释了我们的发现在双极发电机模型：具有最强的磁场的恒星是那些在偶极发电机状态，而在多极状态的恒星不能产生强于约4千高斯的领域。我们的研究提供了观测证据，证明完全对流的M矮星中的发电机产生的磁场不仅在其大尺度分量的几何形状上不同，而且在总磁能上也不同。
2018-01-25 astro-ph.SR
Generation of large-scale magnetic field in convective full-sphere cross-helicity dynamo
本文研究了周期为10天的0.3M恒星的全球大尺度平均场发电机模型中交叉螺旋度的影响。在探讨几种由交叉螺旋度产生效应引起的发电机情景时，我们发现交叉螺旋度为大尺度轴对称和非轴对称磁场提供了自然产生机制。因此，具有对流包层的旋转恒星可以产生仅由湍流交叉螺旋效应产生的大尺度磁场（我们称之为γ 2发电机）。使用平均场模型，我们比较了大规模的磁场组织，源于发电机机制的基础上的动力学（与α 2发电机）和交叉螺旋的属性。对于完全对流的恒星，这两种产生机制都可以维持大尺度发电机，即使在恒星内部的固体旋转规律。当交叉螺旋度和α效应相互独立时，非轴对称磁位形变得更好。这对应于纯γ 2或α 2发电机的情况。这些情景的组合，即，γ 2 α 2发电机最好能产生轴对称、偶极状磁场，其强度为几千克。因此，我们发现了一个新的发电机方案，它能够产生轴对称的磁场，即使在固体旋转的情况下的恒星。我们讨论了我们的研究结果恒星观测的可能应用。
2018-02-14 astro-ph.EP astro-ph.SR
The stellar rotation--activity relationship in fully convective M dwarfs
日冕的活动旋转关系被认为是一个代理的基本恒星发电机负责在太阳和晚型恒星的磁活动。虽然这已经被研究了相当详细的部分对流星，被认为是操作界面发电机，它是不受约束的完全对流星，缺乏必要的剪切层之间的辐射核心和对流信封。我们提出了新的X射线观测的19个缓慢旋转的完全对流星的旋转周期从MEarth项目。我们使用这些来计算X射线光度（或未检测到的源的上限），并将这些与现有的测量从\citet{wrig16b}。我们确认存在的完全对流星的X射线不饱和制度，并发现这些对象遵循相同的旋转活动的关系，部分对流星。我们首次测量了X射线不饱和全对流星的Rossby数（自转周期与对流周转时间的比值）与分数X射线光度之间的幂律斜率，发现它与部分对流星的结果一致.我们讨论了这一结果的影响，我们的理解恒星磁发电机在完全和部分对流恒星。最后，我们还使用这些数据来改善经验估计的对流周转时间的完全对流星。
2018-07-09 astro-ph.SR
On dynamo action in the giant star Pollux : first results
我们提出了一个3D MHD模拟的对流信封的巨星Pollux的旋转周期和磁场强度已测量光谱和光谱偏振观测的初步结果。这颗巨星是第一个被探测到磁场的单颗巨星之一，也是迄今为止磁场最弱的一颗。我们的目的是了解发电机在其扩展的对流信封的发展和行动。
2013-12-11 astro-ph.SR
Magnetar formation through a convective dynamo in protoneutron stars
磁星释放的自旋向下的能量是一个很有希望的方案，为几类极端爆炸瞬变提供动力。然而，它缺乏坚实的基础，因为磁星的形成仍然是一个理论上的挑战。使用的第一个三维模拟的对流发电机的基础上的质子中子星内部模型，我们证明，所需的偶极磁场可以始终产生足够快的旋转速率。发电机的不稳定性饱和在磁旋制度的磁能超过动能的一个因素高达10。我们的研究结果与银河系磁场强度的观测约束相一致，为伽马射线暴和超亮超新星中心引擎的毫秒级原磁星模型提供了强有力的理论支持。
2020-03-14 astro-ph.HE astro-ph.SR
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
Evidence for dynamo bistability among very low mass stars
完全对流恒星中的发电机作用是一个有争议的问题，也质疑我们对部分对流类太阳恒星中磁场产生的理解。在过去的几年中，光谱偏振观测表明，完全对流的物体能够触发强的大尺度和长寿命的磁场。我们在这里提出的第一个光谱偏振研究的一个样本的活动晚M矮星（M5-M8）进行ESPaDOnS@CFHT。它揭示了在具有相似质量和旋转速率的恒星之间存在两种不同类型的磁性。一个可能的解释，这一意外的发现是存在两个发电机分支在这个参数制度，我们在这里讨论可能的识别与弱与强场双稳态预测的地球发电机。
2013-11-20 astro-ph.SR
Pre-explosion dynamo in the cores of massive stars
我们提出了一个推测的情况下，发电机放大的磁场在大质量恒星的核心对流壳层，几十年到几个小时前，他们爆炸，导致信封膨胀和增强的质量损失率，导致爆炸前爆发（PEO）。在碳、氖、氧和硅的燃烧壳层中，对流亮度非常高。根据活跃主序星的行为，我们推测对流壳层可以触发大约0.001倍对流光度的磁活动。磁通量管可能会向外漂浮，并将其能量储存在外壳的外部。这反过来又可能导致包层的膨胀和质量损失率的提高。如果有一个近距离的双星伴星存在，质量转移可能会发生，并导致能量爆发。磁活动需要最小的核心旋转和随机磁活动是在其高阶段。只有在极少数情况下，这些条件得到满足，只有少数核心坍缩超新星（CCSNe）经历PEO。这种爆炸前的磁活动可能对爆炸机制本身有影响。
2016-10-01 astro-ph.SR
Helicity--vorticity turbulent pumping of magnetic fields in the solar dynamo
太阳对流区螺旋对流运动与差异旋转的相互作用导致了大尺度磁场的湍流漂移。我们讨论了泵浦机制及其对太阳发电机的影响。
2012-11-11 astro-ph.SR
Role of longitudinal activity complexes for solar and stellar dynamos
在本文中，我们首先讨论的观测证据的纵向集中的磁活动在太阳和快速旋转的晚型恒星与外部对流信封。产生的想法旋转影响的各向异性对流湍流的关键物理过程产生这些结构的情况下，提出和讨论-这种影响包括湍流发电机机制，负有效磁压不稳定性（NEMPI）和流体动力学涡旋不稳定性。最后，我们讨论了非轴对称恒星平均场发电机模型，用它们得到的结果，并与迄今为止收集的观测信息进行了比较。我们还提出了一个纯α平方平均场发电机模型的结果，这表明，发电机解决方案的时间依赖性行为可以发生在一个方位角发电机波和/或振荡行为的形式有关的交替能级的活性染料。
2012-11-13 astro-ph.SR
Mesogranulation and small-scale dynamo action in the quiet Sun
宁静太阳区域通常表现出小尺度磁场结构的复杂分布，这些结构与近地表湍流对流运动相互作用。此外，这些磁场中的一些可能是由对流发电机机制局部产生的。除了众所周知的颗粒和超颗粒对流尺度，各种观测表明，有一个中间尺度的对流，称为mesogranulation，垂直磁通量浓度积累优先在mesogranular边界。我们的目的是调查的对流，表现出颗粒和mesogranulation的小尺度发电机性能，比较我们的研究结果与太阳观测。采用一个理想化的模型，局部区域的安静的太阳，我们使用可压缩磁流体力学的数值模拟，在三维笛卡尔域，调查这个系统的参数依赖性（特别是侧重于不同的纵横比和雷诺数的影响）。在纯流体动力对流，我们发现，中粒化是一个强大的功能，这个系统提供的域是足够宽，以适应这些大规模的运动。在较高雷诺数的模拟中，动能谱中的中颗粒峰更为明显。我们研究了该系统的发电机性能的运动学和非线性制度，我们发现，发电机总是更有效地在更大的领域，当mesogranulation存在。此外，我们使用傅立叶空间中的滤波技术来证明，它确实是更大尺度的运动，主要负责驱动发电机。在非线性状态下，磁场分布在空间分布和测得的场强方面与观测结果相比非常有利。
2014-01-20 astro-ph.SR
Influence of a coronal envelope as a free boundary to global convective dynamo simulations
我们探讨了一个稳定分层的外部日冕信封旋转湍流对流，差分旋转，和大规模发电机行动的太阳球楔模型的影响。我们解决了可压缩磁流体动力学方程在一个两层模型与不稳定的分层下面的表面，代表对流区，和一个稳定分层的冠状信封上面。界面表示自由曲面。我们将我们的模型与没有冠状包络的模型进行比较。日冕包络的存在被发现修改雷诺应力和$Λ$效应，导致较弱的和非圆柱形的差异旋转。这与由角速度引起并取决于角速度的纬度温度变化减小有关。一些模拟发展了一个近地表剪切层，我们可以将其与热成风平衡方程中的雷诺应力项的符号变化联系起来。此外，自由表面的存在改变了磁场的演化，因为环向场集中在更靠近表面的地方。然而，在所有的模拟中，平均磁场的迁移方向可以用帕克-吉村规则来解释，这与早期的发现是一致的。球形发电机模拟中上边界的真实处理对于流动和磁场演化的动力学至关重要。
2016-12-19 astro-ph.SR
Dynamos and Differential Rotation: Advances at the Crossroads of Analytics, Numerics, and Observations
讨论了最近在恒星磁性的观测、理论和数值研究方面所取得的进展。特别是，这篇评论将涵盖的物理过程被认为是在这些磁场和它们的变化，即发电机行动之间的相互作用所产生的对流，旋转，辐射和磁场的起源。一些照顾将采取涵盖最近的分析进展的动力学和磁性的辐射内部，包括一些想法的作用，速跃层。此外，最近和迅速发展的对流发电机的数值模拟将进行讨论，在快速旋转的对流系统，大极小值和缩放规律的磁场强度。这些主题与观测或其观测含义有关。
2017-01-10 astro-ph.SR
Signature of the turbulent component of solar dynamo on active region scales and its association with flaring activity
由于太阳发电机的活动隐藏在光球层之下，因此获得太阳发电机在对流层中运行的湍流分量的观测证据是一个具有挑战性的问题。在这里，我们提出了一个统计研究的耀斑活动区（AR），产生了强烈的太阳耀斑的X射线类X1.0和更高的时间周期，涵盖太阳周期23和24。我们介绍了一个磁形态分类（MMC）的AR，这使我们能够估计可能的贡献的发电机的湍流分量的AR的结构。我们发现，在72%的情况下，耀斑AR不符合全球发电机的经验法则（通常它们不是双极AR，或者，如果它们是，它们违反了Hale极性定律，或Joy定律，或领先的太阳黑子流行规则），这可能是由于对流区内部的湍流发电机作用对典型AR的空间尺度的影响。因此，耀斑似乎是由太阳发电机的湍流分量控制的。在第二个最大值和太阳周期的下降阶段，当环向场减弱，湍流分量的影响变得更加明显时，这些AR-“违反者”对耀斑的贡献得到了加强。这些观测结果是一致的概念的非线性和湍流的不稳定性在对流区内的磁场生成的重要作用，这是从发电机的模拟。
2021-11-08 astro-ph.SR
Buoyant Magnetic Loops Generated by Global Convective Dynamo Action
我们对类太阳恒星中对流和发电机作用的全球3D模拟显示，在大部分的公约区域内可以建立持久的强磁性花环。在这里，我们研究的浮力磁结构的特点，是自洽创建发电机行动和湍流对流运动在模拟与太阳分层，但在当前的太阳速率的三倍旋转。这些浮力环起源于磁环的部分，其中湍流将磁场放大到比层流过程可能的大得多的值。这些放大的部分可以通过磁浮力和对流巨单体平流的组合上升穿过对流层，形成浮力环。我们测量这些环的极性、扭曲和倾斜的统计趋势。环被证明优先出现在纵向补丁有点让人想起活跃的太阳黑子，虽然更广泛的范围。我们表明，轴对称的环向场的强度是不是一个很好的预测生产率的浮力圈或磁通量的循环中产生的。
2012-12-21 astro-ph.SR physics.flu-dyn
Single-hemisphere dynamos in M-dwarf stars
低于一定质量的M矮星从核心到光球层是对流的。这些完全对流的天体数量非常多，非常活跃，并且可能是许多系外行星的宿主。在这里，我们研究，第一次，发电机行动模拟分层，旋转完全对流M-矮星。重要的是，我们使用新的技术来捕捉正确的完整的球几何形状，直到恒星的中心。我们在这些系统中发现了令人惊讶的发电机状态，与之前的恒星发电机解决方案相比，全球尺度的平均场强烈局限于一个半球。这些半球发电机恒星可能与周围环境有着深刻不同的相互作用，这对系外行星的可居住性和恒星自旋有着重要的影响。
2020-08-05 astro-ph.SR physics.flu-dyn
Generating buoyant magnetic flux ropes in solar-like convective dynamos
我们的太阳表现出强烈的对流发电机作用，导致磁通量束通过恒星表面出现的磁点。全球尺度的发电机作用被认为通过对流、旋转和剪切的相互作用在太阳内部深处产生大尺度的磁结构。这些大规模的磁结构的一部分被认为会穿过对流层上升，形成磁环，然后穿透光球层成为太阳黑子对。以前的全球模拟旋转球壳中的3D MHD对流已经证明了大规模的磁环可以在对流区的大部分产生的机制。我们最近的模拟已经实现了足够高的湍流水平，允许这些花圈的部分成为磁浮力和上升通过模拟的对流层通过磁浮力和对流巨细胞平流的组合。这些浮力磁环是在对流层的大部分中产生的，因为磁环核心中的强洛伦兹力反馈抑制了小规模的对流运动，允许将局部磁能放大到局部动能的100倍以上。虽然磁环主要是由轴对称极向磁场的轴对称旋转剪切（$Ω$效应）产生的，但在开始上升之前，磁环被放大到其峰值场强。这进一步扩展和增强了一个新的范例，产生紧急磁通量束，我们称之为顺磁性使能磁浮力。
2014-01-08 astro-ph.SR physics.flu-dyn
Convective dynamo action in a spherical shell: symmetries and modulation
本文研究了球壳中三维旋转滞弹性对流驱动的发电机作用。出于对太阳发电机的行为，我们研究了不同对称性的磁流体模式的相互作用，并演示了如何复杂的对流，差分旋转和磁场之间的相互作用可能会导致调制的基本周期。对于一些参数，类型1调制通过在不同对称性的模式之间的能量转移而发生，而整体振幅几乎没有变化，对于其他参数，调制是类型2，其中振幅受到显著影响（导致活性的极大极小值），而对称性没有显著变化。最重要的是，我们确定了存在的“超调制”的解决方案，其中的活动之间的1型和2型调制混乱切换，这被认为是一个重要的过程中的太阳活动。
2016-07-04 astro-ph.SR physics.flu-dyn
Open and closed boundaries in large-scale convective dynamos
上下文早期的工作表明，大型发电机可以达到并保持均分的动态时间尺度上的磁场强度，只有当磁螺旋度的波动场可以摆脱域通过开放的边界。目标。我们的目的是测试这种情况下，对流驱动发电机的开放和封闭的边界条件下的结果进行比较。方法.采用三维数值模拟方法，研究了边界条件对大尺度发电机的激励和饱和的影响。磁场采用开放（垂直场）和封闭（理想导体）边界条件。剪切流是这样的，剪切的轮廓是垂直的，穿过外表面，因此非常适合于驱动剪切诱导的磁螺旋通量。结果我们发现，对于给定的剪切和旋转速率，如果使用开边界条件，磁场的增长率较大。的增长率首先增加小磁雷诺数，Rm，但然后趋于稳定在一个近似恒定的值为中间值的Rm。当Rm足够大时，一个小规模的发电机被激发，在这个区域中，场的增长率随着Rm^（1/2）而增加。关于非线性区域，当使用开放边界时，总磁场的能量的饱和水平与Rm无关。在理想导体边界的情况下，饱和水平首先作为Rm的函数增加，但是当Rm > 30时，饱和水平随后与Rm^（-1）成比例地减小，这指示灾难性猝灭。这些结果表明，当使用开放边界时，剪切诱导的磁螺旋度通量可以有效缓解灾难性猝灭。水平平均平均场仍然弱地作为Rm的函数减小，即使对于开放边界。
2011-07-06 astro-ph.SR
Effects of Penetrative Convection on Solar Dynamo
球形太阳能发电机模拟。采用一种新开发的基于阴阳网格的数值模拟程序，数值求解了对流层下具有稳定分层层的自洽、完全可压缩磁流体动力学系统。通过比较有无稳定层两种模型，研究了穿透对流的影响。在这两个模型中的差分旋转配置文件是合理的太阳与赤道加速度。当考虑穿透对流时，在对流区下方发展并维持一个类似于速斜的剪切层，而不需要假设任何强迫。当湍流磁场在对流运动剧烈的区域中占主导地位时，平均场分量优先在对流运动不太剧烈的区域中组织。特别是在稳定层中，具有偶极对称性的强大尺度场自发地建立起来。无论稳定层的存在与否，平均场分量的极性反转在整个系统中全局同步地发生。我们的研究结果表明，稳定分层层是组织大规模强磁场的关键组成部分，但不是必要的极性反转。
2013-09-11 astro-ph.SR
A prevalence of dynamo-generated magnetic fields in the cores of intermediate-mass stars
磁场在恒星演化的几乎所有阶段都起着作用。包括太阳在内的大多数低质量恒星，其表面场都是由对流包层中的发电机过程产生的。中等质量的恒星没有深对流包层，尽管有10%的恒星表现出强烈的表面场，这被认为是恒星形成过程的残留物。这些恒星确实有可能产生内部磁场的对流核心，这些对流核心甚至可能存在于恒星演化的后期阶段，但由于我们无法测量恒星表面以下的磁场，信息受到限制。在这里，我们使用星震学来研究低质量和中等质量恒星核心中强磁场的发生。我们测量了开普勒观测到的3600多颗红巨星的偶极振荡模的强度，这种偶极振荡模可以被核心的强磁场所抑制。大约20%的样品显示出模式抑制，但这一比例是质量的强函数。强的核心场只出现在大于1.1太阳质量（1.1Msun）的红巨星中，而在中等质量（1.6- 2.0Msun）的恒星中，这种现象的出现率至少为60%，这表明在这些恒星的对流核心中，强大的发电机是非常普遍的。
2016-01-06 astro-ph.SR
Stellar Magnetic Dynamos and Activity Cycles
利用824颗太阳和晚型恒星的X射线光度和自转周期的新的统一样本，我们研究了旋转和恒星活动之间的关系，被认为是潜在的恒星发电机的探针。使用样本的无偏子集，我们计算活度-旋光度关系的不饱和区的幂律斜率为$L_X/L_{bol}\propto Ro^β$，其中$β=-2.70\pm0.13$。这与置信度为5 $σ$的典型$β= -2$斜率不一致，并支持接口型发电机。利用经验饱和阈值和理论超饱和阈值，我们绘制出了三种日冕辐射随恒星质量和年龄的变化规律。我们发现，经验饱和时间尺度与恒星从快速旋转对流序列过渡到缓慢旋转的恒星自旋模型中的接口序列的时间相关。这可能暗示着恒星发电机或内部结构的根本变化。我们还提出了第一次发现的X射线不饱和，完全对流的M星，这可能是暗示在一个潜在的旋转活动的关系，在完全对流的恒星迄今尚未观察到。最后，我们提出了早期的结果，从一个盲目的搜索恒星的X射线周期，可以放置有价值的限制基本的无处不在的类太阳活动周期。
2013-09-26 astro-ph.SR
Convective Heat Transport Asymptotic Law in an $α^2$ dynamo model
本研究通过简化热驱动壳模型，揭示了磁场对对流热传递的增强作用，发现努塞尔数随湍流和雷诺数、普朗特数呈幂律关系。
2025-12-01 astro-ph.EP astro-ph.SR
Global 3D simulations of convection and dynamos in Red Giants
Hamburger Sternwarte, Universität Hamburg（汉堡天文台，汉堡大学）；Institut für Sonnenphysik (KIS)（太阳物理研究所）
本研究通过三维磁流体模拟，揭示了旋转对红巨星对流、角动量输运及发电机效率的系统性影响。
2026-09-09 astro-ph.SR
Magnetic energy cascade in spherical geometry: I. The stellar convective dynamo case
我们提出了一种方法来表征模拟恒星对流发电机的尺度之间的磁能的光谱转移。基于Clebsch-Gordan系数的球谐函数的解析耦合关系，计算了完整的三阶传递函数。该方法被应用到平均场$αΩ$发电机模型作为基准测试。从物理观点来看，发电机场分解成主发电机族和次发电机族在$αΩ$情况下证明是非常有指导意义的。同样的方法，然后应用到一个完全湍流发电机在太阳能对流区，建模与三维MHD ASH代码。的磁能谱的初始增长被证明是非本地的。它主要再现中尺度对流的动能谱。在饱和阶段，两种直接的磁能级联被观察到的区域包括在模拟中涉及的最小尺度。第一个级联是通过大尺度差动旋转对磁场的剪切而获得的，该差动旋转有效地级联了磁能。第二个是一个广义的级联，涉及到一系列的本地磁和速度尺度。非本地转移似乎很重要，因此净转移不能被简化为一小部分模式的动态。详细讨论了大尺度轴对称偶极子和四极子的饱和问题。特别是，偶极饱和的非本地相互作用，涉及最具活力的规模的磁能谱，这指出了重要性的磁普朗特数的大型发电机。
2013-01-08 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Rossby and Magnetic Prandtl Number Scaling of Stellar Dynamos
旋转标度关系检查的程度之间的磁和动能恒星对流区的均分。这些缩放关系接近从两个范例，第一个一眼在缩放关系建立在能量平衡参数和第二个看看基于力的缩放。后者意味着一个接近恒定的惯性标度之间的过渡时，在最小扩散和磁旋的渐近极限，而前者意味着一个较弱的对流Rossby数标度。这两个缩放关系，然后比较一套三维对流发电机模拟与各种各样的域的几何形状，分层，对流Rossby数的范围。
2019-03-30 astro-ph.EP astro-ph.SR
Small-scale and large-scale dynamos in global convection simulations of solar-like stars
本文通过高分辨率全球磁对流模拟，研究类太阳恒星对流区中小尺度发电机（SSD）与大尺度发电机（LSD）的相互作用，发现SSD显著抑制较差自转和大尺度磁场强度，但不显著抑制对流流动，并揭示了小尺度磁场对角动量输运的重要影响。
2025-01-05 astro-ph.SR
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
