Magnetic field buoyancy in accretion disks of young stars
研究了年轻恒星吸积盘中古磁场的浮力。假设Parker不稳定性导致在有效磁场产生区域形成环形磁场的细长磁通管。定常解的感应方程的形式,其中浮力被视为额外的机制的磁通量逃逸。本文计算了年轻金牛座T星吸积盘中磁通管半径为$a_{\mathrm{mft}} = 0.1H$、$0.5 H$和$1H$时的古磁场强度,其中$H$为吸积盘高度标度。计算表明,浮力限制了环形磁场的增长,因此其强度与$a_{\mathrm{mft}}=0.1H$情况下的垂直磁场强度相当。
2017-12-29 astro-ph.SR
Twisted magnetic structures emerging from buoyancy instabilities
我们在这里报告的计算磁浮力不稳定性的剪切磁层的两个独立的区域是不稳定的。这个想法是研究可能产生的大规模螺旋结构,然后通过恒星对流区上升,并出现在表面,创造活跃的区域。这里显示的计算是Favier等人(2012)工作的后续,其中不稳定性在弱磁化大气中发展,由与下面的不稳定层不同方向的均匀场组成。在这里,代表大气的顶层本身对浮力不稳定性不稳定,因此很快就会产生更复杂的磁场配置,下面的层将与之相互作用。我们还发现,在这种情况下,两个不稳定层之间的磁张力的积累有利于创建大规模的螺旋结构。
2012-10-30 astro-ph.SR
Shear-driven magnetic buoyancy in the solar tachocline: Dependence of the mean electromotive force on diffusivity and latitude
本研究通过局部笛卡尔模型数值模拟,证明在旋转流体中增加 Prandtl 数可增强贯穿层剪切驱动的磁浮力不稳定性,从而产生更强的平均电动势,且该效应受纬度影响微弱,是太阳发电机极向场再生的可行机制。
2024-10-10 astro-ph.SR
How can large-scale twisted magnetic structures naturally emerge from buoyancy instabilities?
本文研究了多变大气中水平磁场层的三维不稳定性,与以前的研究相反,在这种大气中,初始状态的磁力线不是单向的。我们表明,如果扭转最初集中在不稳定层内,那么几位作者(例如,见Cattaneo等人(1990))所报道的不稳定性的改变,只有在计算限于二维时才能观察到。在三维中,通常的交换不稳定性发生在层和无场区域之间的界面处的场线所固定的方向上。因此,我们引入了一种新的配置:不稳定性现在在弱磁化的大气中发展,磁场的方向可以相对于下面的强不稳定场的方向而变化,扭曲现在集中在上界面。线性稳定性分析和非线性直接数值模拟被用来研究这种配置。我们发现,从小尺度的交换不稳定性,大尺度的扭曲相干磁结构自发形成,与可能的影响,形成活动区从一个深层次的太阳磁场。
2012-08-23 astro-ph.SR physics.flu-dyn
Buoyancy Instabilities in Degenerate, Collisional, Magnetized Plasmas
在低碰撞等离子体中,由于磁场的各向异性热传导导致任何非零温度梯度的浮力不稳定性。我们研究了简并{ \it碰撞}等离子体中类似的不稳定性,即,当电子碰撞频率比电子回旋频率大时。虽然热传导在这个极限下几乎是各向同性的,但是小的残余各向异性确保了碰撞简并等离子体也是对流不稳定的,与温度梯度的符号无关。我们发现,不稳定的波长范围是独立的磁场强度,而生长时间随磁场强度降低而增加。我们讨论了这些碰撞浮力不稳定性在白矮星和中子星中的应用。简并等离子体的磁张力和低比热极大地限制了它们的有效性;最有希望的生长场所是年轻的弱磁化中子星($B \lesssim 10^9$ G)的液体海洋和年轻的高磁场白矮星($B \sim 10^9$ G)的核心。
2009-09-16 astro-ph.HE astro-ph.SR
Interactions between magnetohydrodynamic shear instabilities and convective flows in the solar interior
受太阳发电机界面模型的启发,本文探讨了对流和剪切驱动不稳定性之间复杂的磁流体动力学相互作用。首先,我们考虑在垂直磁场存在下,强迫剪切流穿过对流稳定多变层的动力学。当所施加的磁场较弱时,动力学由剪切流(Kelvin-Helmholtz型)不稳定性主导。对于较强的磁场,磁浮力不稳定性是首选。如果这个稳定的剪切层位于对流不稳定区域之下,这两个区域可以相互作用。同样,当施加的磁场非常弱时,磁场的动力学效应可以忽略不计,剪切层和对流层之间的相互作用相对较小。然而,如果磁场足够强,有利于剪切层中的磁浮力不稳定性,则形成扩展的磁通量浓度并上升到对流层中。这些磁结构对上层的对流运动有很强的破坏作用。
2009-07-29 astro-ph.SR
Dynamo action and magnetic buoyancy in convection simulations with vertical shear
太阳黑子形成的一个假设是,在速跃层强烈的径向剪切力产生的磁通量管浮起。在这种情况下,磁场必须超过一个阈值,然后才能浮起来,并出现在整个对流区。我们遵循随机种子磁场的演变,目的是研究在什么条件下有可能激发发电机的不稳定性,以及发电机产生的磁场是否会变得不稳定,并出现在磁通管上下文中预期的表面。我们进行数值模拟的可压缩湍流对流,包括垂直剪切层。像太阳速跃层一样,切变位于对流层和稳定层之间的界面。我们发现剪切和对流能够放大初始磁场,形成大尺度的细长磁结构。磁场强度取决于几个参数,例如剪切振幅、剪切层的厚度和位置以及磁雷诺数($\Rm$)。每当环形磁场达到大于接近均分值的阈值的幅度时,它就变得有浮力并上升到对流区中,在对流区中它膨胀并形成蘑菇形结构。某些浮现事件,即初始场振幅最大的事件,能够到达域的最上层。这些事件能够修改对流模式,形成更广泛的对流单体或对流涡在该领域的方向上延长。然而,在这些事件中,场都不保持其初始结构。
2011-02-16 astro-ph.SR
Shear-driven magnetic buoyancy in the solar tachocline: The mean electromotive force due to rotation
太阳磁周期的主要理论范例是一个$αω$ -发电机过程,其中差动旋转和湍流螺旋流的组合产生了每11年反转一次的大规模磁场。大多数$αω$太阳发电机模型依赖于太阳速跃层中的差异旋转来产生强的环向场。这样的模型中最有问题的部分是通过一个被称为$α$效应的过程产生大尺度极向场。虽然这通常归因于旋转影响下的小尺度对流运动,但这种再生过程的效率受到一些数值模拟的质疑。出于可能的条件内的速跃层,本文的目的是调查的极向场再生的替代机制,即在剪切产生的,旋转的磁性层的磁浮力不稳定性。我们使用一个局部的,完全可压缩的模型,其中施加的垂直剪切风了最初的垂直磁场。磁场最终变得非常不稳定,我们测量由此产生的平均电动势(EMF)。对于足够快的旋转,我们发现,平均电动势的一个重要组成部分是对齐的平均磁场的方向,这是典型的$αω$ -发电机模型的特征。因此,我们的研究结果表明,磁浮力可能直接有助于产生大规模的极向场在太阳。
2023-01-12 astro-ph.SR physics.flu-dyn
Reevaluating thermal instability in a uniform plasma: an extended analysis of instability domains
Universitat de les Illes Balears(巴利阿里群岛大学);Institute of Applied Computing & Community Code (IAC3)(应用计算与社区代码研究所);Los Alamos National Laboratory(洛斯阿拉莫斯国家实验室);New Mexico State University(新墨西哥州立大学);Center for Theoretical Astrophysics(理论天体物理中心);NASA Goddard Space Flight Center(美国宇航局戈达德太空飞行中心)
本研究重新评估了均匀等离子体中热不稳定性,扩展了不稳定性域的分类,并探讨了热传导对不稳定性区域的影响。
2026-03-01 astro-ph.SR
Magnetic buoyancy instabilities in the presence of magnetic flux pumping at the base of the solar convection zone
我们进行理想化的数值模拟的磁浮力不稳定性的太阳速跃层模型。我们介绍了一个简化的磁通量泵在上层(对流区)的模型,并研究其包含在下层(辐射内部)的浮力不稳定性的演变的影响。我们研究了它对一个预先设想的磁板和剪切产生的磁层的不稳定性的影响。在前者中,我们发现,在该制度中,向下的泵送速度与阿尔芬速度的磁性层,磁通泵是能够阻止大部分的磁场,只有小口袋的强磁场能够上升到上层。在模拟中,磁层是由剪切产生的,我们发现,剪切速度不一定需要超过泵(因此,剪切的动能不需要超过叠加对流),强大的局部口袋的磁场产生,可以上升到上层。这是因为磁通量泵送作用是将磁场储存在界面下方,使其能够通过剪切和涡流流体运动被放大,直到磁场袋能够获得足够的强度上升到上层。此外,我们发现,这两个层之间的界面是一个自然的位置,在磁场的强垂直梯度的生产。如果这些梯度足够强,允许磁浮力不稳定性的发展,则不一定需要强剪切来驱动它们(参见Vasil & Brummell的作品)。我们发现,除了磁通量泵似乎能够协助剪切驱动的磁浮力产生强通量的浓度,可以上升到对流区的辐射内部。
2012-04-24 astro-ph.SR physics.flu-dyn
On corrugation mode radial wavelengths of the vertical shear instability
本文通过Athena++数值模拟研究垂直剪切不稳定性饱和时波纹模式的径向波长,发现64网格/标高时出现收敛,并利用合成ALMA观测表明高分辨率会显著削弱该特征的可观测性。
2024-02-27 astro-ph.EP astro-ph.SR
Effects of External Magnetic Fields on the Multi-mode Rayleigh-Taylor Instability
University of Rochester(罗切斯特大学)
研究外部磁场对多模磁瑞利-泰勒不稳定性演化的影响,揭示磁场通过改变流动各向异性等机制调控混合区增长。
2025-12-24 astro-ph.GA astro-ph.SR physics.flu-dyn
Two pathways to diapycnal mixing in strongly stratified flows with no initial vertical shear
Department of Applied Mathematics, Baskin School of Engineering, University of California Santa Cruz(加州大学圣克鲁兹分校巴斯金工程学院应用数学系)
研究无初始垂直剪切的强分层流中湍流的两条路径:一条通过水平剪切不稳定的垂直调制模态产生垂直剪切,进而触发开尔文-亥姆霍兹不稳定性;另一条通过垂直不变模态演化出二维涡旋,再经三维双曲不稳定性产生垂直剪切,最终导致小尺度混合。
2026-06-12 astro-ph.SR physics.flu-dyn
On the Lorentz Force and Torque of Solar Photospheric Emerging Magnetic Fields
由太阳发电机产生和增强的磁通量进入太阳大气层,形成包括太阳黑子在内的活动区(AR)。现有的磁通量出现理论认为,磁通量可以通过对流区上升,但被困在光球,而它的进一步上升到大气诉诸帕克浮力不稳定性。为了触发这种不稳定性,光球层中的洛伦兹力需要和气压梯度一样大,才能抵抗重力支撑额外的质量。这自然会导致一个强烈的非力自由光球,这确实是显示在典型的理想化数值模拟通量管浮力从下面的光球到日冕。在这里,我们进行了统计研究的范围内的归一化洛伦兹力和扭矩的新兴光球磁场与一个相当大的样本SDO/HMI矢量磁图。我们发现光球场的平均洛伦兹力和力矩都很小,因此非常接近于无力状态,这与理论以及理想化的通量出现模拟不一致。此外,力和扭矩的小范围似乎不受新兴AR的大小,出现率或场的非潜力的影响。这一结果提出了一个重要的限制未来发展的理论和模拟磁通出现。
2020-05-21 astro-ph.SR physics.space-ph
Influence of energy exchange of electrons and ions on the long-wavelength thermal instability in magnetized astrophysical objects
我们研究了与星系团、日冕和其他双组分天体有关的电子-离子磁化等离子体的热不稳定性。我们应用多组分等离子体的方法时,所有的物种的动力学被认为是单独通过电场扰动。本文中得到的扰动的一般表达式可以适用于广泛的多组分天体物理和实验室等离子体也包含中性粒子,尘埃颗粒,和其他物种。我们假设电子和离子的背景温度是不同的,并在热方程中包含能量交换。我们考虑到碰撞频率对密度和温度扰动的依赖性。电子和离子的冷却-加热函数是不同的。作为一个具体的情况下,我们考虑的凝聚模式的热不稳定性的长波长扰动时的动力学时间小于的时间,在此期间,由于热速度的粒子覆盖沿磁场的波长。我们推导出一个一般的色散关系,考虑到上述影响,并获得简单的表达式的增长率在极限情况下。扰动被证明具有电磁性质。我们发现,在所考虑的条件下,横向尺度大小的不稳定扰动可以有一个较宽的频谱相对于纵向尺度的大小,特别是,形成非常薄的细丝。所得结果可用于解释天体中稠密冷区的观测结果。
2011-09-01 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.SR
Local instabilities in magnetized rotational flows: A short-wavelength approach
我们进行了局部稳定性分析的存在下,一个恒定的垂直磁场和方位角磁场与一般的径向依赖性的旋转流。采用短波长近似,我们开发了一个统一的框架调查的标准,螺旋,和方位角版本的磁旋转不稳定性,以及电流驱动的扭结型不稳定性。考虑到粘性和电阻设置,我们的主要焦点是小磁普朗特数的情况,例如,不仅适用于液态金属实验,而且适用于吸积盘的较冷部分。我们表明,以前被认为是局限于陡峭的旋转配置文件的无感应版本的MRI扩展以及开普勒的情况下,如果只有方位场稍微偏离其电流自由(在流体中)的配置文件。我们找到了一个明确的标准分离纯方位无感磁旋转不稳定性的制度,这种不稳定性与泰勒不稳定性混合。我们进一步证明,对于特定的参数配置的方位角MRI起源作为一个耗散引起的不稳定性的理想磁流体力学的Ehrasekhar的均分解决方案的结果。
2014-09-28 astro-ph.SR math.DS physics.flu-dyn