Mean field dynamo action in shearing flows. II: fluctuating kinetic helicity with zero mean
在这里，我们探讨了动力学螺旋度的时间波动在背景线性剪切流的存在下产生大规模磁场的作用。这里涉及的关键技术与我们早期的工作\citep [][以下为论文~I]{JS 20}相同，其中我们使用了基于剪切波的更新流模型。速度场和螺旋度场都被视为具有有限相关时间的随机变量，分别为$τ$和$τ_h$。当$τ_h > τ$，甚至当这个时间尺度的分离，其特征在于$m=τ_h/τ$，保持低于阈值，使湍流扩散变成负的，获得增长的解决方案。在湍流扩散保持为正值且$τ$与涡流周转时间$T$相当的情况下，轴对称模式显示出具有剪切速率$S$的非单调行为：增长率$γ$和对应于最快增长模式的波数$k_\ast$两者首先增加，达到最大值，然后随着$|S|$而减小，其中$k_\ast$总是小于涡流波数，从而促进大长度尺度上的磁场增长。在小切变时，增长发电机波的周期$P_{\rm cyc}$与$|S|$成反比，与文献[1]中固定动力学螺旋度的情况完全相同。这种依赖性在较大的剪切力下变得较浅。有趣的是，在$m P_{\rm cyc}$与$|S|$的图中，对应于不同$m$选择的各种曲线彼此重叠。
2021-03-23 astro-ph.GA physics.flu-dyn
On the saturation mechanism of the fluctuation dynamo at ${\text{Pr}_\mathrm{M}} \ge 1$
在许多天体中，磁场的存在是由于发电机的作用，即一部分动能转化为磁能。产生与湍流相同尺度的磁场结构的湍流发电机被称为波动发电机。我们使用数值模拟来探索非线性的，统计稳定状态的波动发电机驱动湍流。我们证明，作为磁场增长饱和，它的放大和扩散都受到反作用的洛伦兹力的流动。由于速度场、磁场和电流密度之间的较强对准，磁场的放大减小。此外，我们确认，放大率下降，由于较弱的拉伸的磁场线。相对于场线拉伸的扩散增强通过计算的磁雷诺数的局部值的减少来量化。使用闵可夫斯基泛函，我们量化的磁结构的形状所产生的发电机作为磁丝和丝带在运动和饱和发电机，并推导出缩放的典型长度，宽度和厚度的磁结构与磁雷诺数。我们发现，所有这三个磁长度尺度的发电机饱和时增加。在运动发电机（磁场强度呈指数增长）中，磁不稳定性很强，在统计稳定状态下持续存在，但强磁丝和磁带的体积更大。
2020-03-18 astro-ph.GA physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Mean field dynamo action in renovating shearing flows
本文研究了剪切作用下有限非零关联时间（$τ$）流场的平均场发电机作用。以前的结果时，剪切是不存在的情况下，被推广到剪切的情况。的平均磁场是否可以增长的剪切和非螺旋湍流的存在下，在数值模拟中看到的问题，检查。我们表明，在一般的方式，如果运动是严格的非螺旋，那么这样的平均场发电机行动是不可能的。该结果不限于低（流体或磁性）雷诺数，也不使用任何闭合近似;它仅假设流动在每个时间间隔$τ$后自我更新。通过对具有螺旋度的翻新流的特殊形式的研究，我们恢复了$α^2 Ω$发电机在小$τ$和大波长极限下的标准色散关系。因此，平均场的增长，即使在存在迅速增长的波动，令人惊讶的是，在一种方式预测的标准准线性封闭，即使这样的封闭是不严格的理由。我们的工作还表明，在螺旋度波动的存在下获得平均场发电机增长的可能性，虽然有一个连贯的螺旋度将更有效。
2012-04-12 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.SR
Some consequences of shear on galactic dynamos with helicity fluxes
由超新星（SN）驱动的湍流和差分旋转维持的银河发电机模型揭示了大尺度场的维持需要小尺度磁螺旋度的通量才能维持。在这里，我们概括了一个最低限度的分析版本，这样的银河发电机探索一些迄今未包括的贡献剪切的总湍流能量和湍流相关时间，与螺旋度通量保持风，扩散，或磁浮力。我们构建了一个分析框架，模拟湍流能量和相关时间作为SN速率和剪切的函数。我们比较我们的处方与以前的方法，只包括旋转。该解决方案分别取决于旋转周期和涡流周转时间，而不仅仅是在他们的比率（罗斯比数）。我们认为，这两个时间尺度是允许独立的模型，也是一种情况下，它们是相互依赖的半径时，一个径向依赖SN速率模型被调用。对于一个固定的旋转周期（或固定的半径）的情况下，我们表明，剪切的影响是戏剧性的低Rossby数，减少湍流的相关时间，这反过来又大大降低了发电机的饱和值相比的情况下，剪切被忽略。我们还表明，即使在没有风或扩散通量，磁浮力可能能够维持足够的螺旋度通量，以避免淬火。
2017-04-11 astro-ph.GA
Magnetic helicity fluxes in dynamos from rotating inhomogeneous turbulence
本文通过直接数值模拟研究了旋转非均匀湍流中的大规模发电机，发现剪切引起的半球小尺度磁螺旋度流能缓解灾难性发电机淬灭，使平均磁场独立于磁雷诺数。
2025-05-01 astro-ph.GA astro-ph.SR physics.flu-dyn
High Magnetic Shear Gain in a Liquid Sodium Stable Couette Flow Experiment; A Prelude to an alpha-Omega Dynamo
NMIMT与LANL合作进行的液体钠$α$ - $Ω$发电机实验的$Ω$ -阶段已经成功地证明了从所施加的极向磁场的径向分量$B_r$产生高的环向场$B_ϕ \simeq 8\times B_r$。这种增强的环向场是由$Rm \simeq 120$中液态钠内稳定库埃特流中的旋转剪切产生的。稳定Taylor-Couette流中的小湍流是由Ekman流引起的，其中$ (δv/v)^2 \sim 10^{-3} $。低湍流中的这种高$Ω$增益与较高湍流、亥姆霍兹不稳定剪切流中的较小$Ω$增益形成对比。这一结果支持了大尺度天体物理磁场是在半相干大尺度运动中产生的假设，在这种运动中，湍流只起较小的扩散作用，使磁链成为可能。
2010-12-01 astro-ph.GA astro-ph.IM physics.flu-dyn
The shear dynamo problem for small magnetic Reynolds numbers
我们研究大规模的发电机行动由于湍流中存在的线性剪切流，在低电导率的限制。我们的治疗是非微扰的剪切强度，并系统地利用剪切坐标变换和线性剪切流的伽利略不变性。速度波动被假定为具有低的磁雷诺数（Rm），但可以有任意的流体雷诺数。通过对线性剪切流的电阻格林函数的显式计算，确定了最低阶的磁涨落。计算了平均电动势，并导出了平均磁场随时间演化的积分-微分方程。在这个方程中，速度涨落贡献了两种不同的项，C项和D项，其中平均磁场的一阶和二阶空间导数分别出现在时空积分中。D项的贡献使得平均场的横切变分量的时间演化不依赖于除它们自身之外的任何其它分量。因此，对于Rm的最低阶，但对于剪切强度的所有阶，D项不能引起剪切电流辅助发电机效应。铸造的积分微分方程在傅立叶空间中，我们表明，正常模式的理论是一组剪切波，其剪切波矢量标记。积分核表示的速度谱张量，这是基本量，需要指定完成的平均磁场的时间演化的积分-微分方程描述。
2010-09-01 astro-ph.GA
Fluctuation dynamo at finite correlation times and the Kazantsev spectrum
波动发电机是天体物理系统的通用。波动发电机的唯一解析模型是Kazantsev模型，该模型假设时间速度场是δ相关的。利用更新流的方法，我们导出了有限关联时间波动发电机的广义模型$τ$。对于$τ\to 0$，我们恢复了描述纵向磁关联演化的标准Kazantsev方程$M_L$。对于$τ$中的下一阶，广义方程涉及$M_L$的三阶和四阶空间导数。它可以使用Landau-Lifschitz方法重铸，至多具有$M_L$的二阶导数。值得注意的是，我们发现，磁功率谱，仍然是卡赞采夫频谱的$M(k) \propto k^{3/2}$，在大的$k$限制，独立的$τ$。
2014-08-22 astro-ph.GA physics.plasm-ph
Nonperturbative quasilinear approach to the shear dynamo problem
我们研究大规模发电机行动由于湍流中存在的线性剪切流。我们的治疗是准线性的，相当于标准的“一阶平滑近似”。然而，它是非微扰的剪切强度。本文首先利用剪切坐标变换和线性剪切流的伽利略不变性，导出了平均磁场演化的积分微分方程。我们表明，对于非螺旋湍流，平均场的横向剪切分量的时间演化不依赖于任何其他组件，除了自己，这是有效的任何伽利略不变的速度场，独立于其动力学。因此，对于剪切参数的所有阶数，在零电阻率极限下的准线性理论中，线性剪切流中的非螺旋湍流不存在剪切电流型效应。然后，我们开发了一个系统的近似的积分微分方程的情况下，当平均磁场变化缓慢的湍流相关时间。对于非螺旋湍流，所得到的偏微分方程可以再次通过在傅立叶空间中进行剪切坐标变换来求解。所得的解是剪切波的形式，用剪切坐标中的波数来标记。这些剪切波可以在早期和中期增长，但预计会在长时间内衰减。
2010-01-01 astro-ph.CO astro-ph.GA
Fast and Furious dynamo action in the anisotropic dynamo
在大的磁雷诺数的限制下，只要电导率或磁导率是各向异性的，光滑的微分旋转就能导致快速发电机动作。如果剪切是无限的，例如在两个旋转的固体之间，各向异性发电机变得狂暴，这意味着磁增长率随着磁雷诺数的增加而朝着无穷大增加。
2022-07-08 astro-ph.GA physics.flu-dyn
Saturation mechanism of the fluctuation dynamo in supersonic turbulent plasmas
几个天体中的磁场通过发电机机制被放大和维持，发电机机制是将湍流动能转换为磁能。一个能将磁场放大到$<$尺度（湍流的驱动尺度）的发电机被称为波动发电机。研究了超声速湍流等离子体中涨落发电机的特性，这对激光等离子体湍流的ISM、结构形成和实验室实验都有重要意义。利用模拟，我们探讨了亚音速和超音速湍流的指数增长和饱和状态的波动发电机的属性。我们证实，波动发电机效率降低压缩性。我们表明，波动发电机产生的磁场是空间间歇性和水平的不稳定性下降的领域饱和。我们发现一个更强的反作用的磁场上的速度为亚音速的情况下相比，超音速的情况下。局部地，我们发现，涡量和速度，速度和磁场，电流密度和磁场之间的对齐的水平在饱和阶段相比，指数增长阶段的亚音速的情况下，增强，但只有电流密度和磁场对齐的超音速的情况下，增强。我们表明，磁场放大（由于较弱的拉伸的场线）和扩散减少时，该领域的饱和，但相对于放大的扩散增强。在亚音速紊流中，这种情况在整个体积内发生，但在超音速情况下，这种情况主要发生在强场区。这导致波动发电机的饱和。总之，磁场的放大和扩散都受到影响，因此饱和不需要它们中的任何一个的剧烈变化。[摘要删节]
2021-09-24 astro-ph.GA physics.plasm-ph
On the existence of shear-current effects in magnetized burgulence
解释剪切流发电机的磁剪切电流（MSC）效应的可能性，通过数值模拟检查。我们的主要诊断是湍流磁扩散系数张量$\boldsymbolη$的测定。在我们的设置中，其组件$η_{yx}$的负号是必要的相干发电机行动的SC效应。为了能够测量湍流输运系数的系统与磁背景湍流，我们提出了一个扩展的测试场方法（TFM），适用于我们的设置，其中的压力梯度是从动量方程：非线性TFM（NLTFM）下降。我们的动量方程与Burgers方程有关，由此产生的流动被称为磁化Burgulence。我们使用随机动力学和磁强迫模拟的情况下，同时与小规模发电机行动（SSD）。当我们的力量只有动力学，负的$η_{yx}$得到的径向和方位平均磁场分量的指数增长。使用各向同性磁强迫，场增长不再是指数的，而NLTFM产生正的$η_{yx}$。通过采用一种替代强迫，其中具有小的组件的波矢量被删除，指数增长被恢复，但NLTFM的结果没有显着改变。分析了相干SC和非相干$α$以及SC效应的发电机激励条件，表明在大多数情况下，非相干效应是发电机的主要驱动因素。在我们的模拟中，我们没有发现MSC效应驱动发电机的证据。
2021-01-12 astro-ph.GA astro-ph.SR physics.flu-dyn
Fluctuation dynamo at finite correlation times using renewing flows
涨落发电机是湍流天体物理系统的普遍现象。唯一的波动发电机的分析模型，由于卡赞采夫，假设速度在时间上是δ相关的。对于任何实际的湍流，这一假设都不成立。我们推广的波动发电机的分析模型，包括一个有限的相关时间，$τ$，使用更新流的影响。纵向关联函数$M_L$的广义演化方程导出了$τ\to 0$极限下的标准Kazantsev方程，并将其推广到$τ$中的下一阶。我们发现这个演化方程还涉及$M_L$的三阶和四阶空间导数，表明有限$τ$的演化一般是非局部的。在小$τ$（或小Strouhl数）的微扰情况下，可以使用Landau-Lifschitz方法将其重铸为至多具有$M_L$的二阶导数。使用缩放的解决方案和WKBJ近似，我们表明，发电机的增长率降低时，相关时间是有限的。有趣的是，在$τ$中，我们证明了磁功率谱在大的$k$极限中保持Kazantsev形式，$M(k) \propto k^{3/2}$，独立于$τ$。
2014-11-04 astro-ph.GA physics.plasm-ph
The Elemental Shear Dynamo
一个准线性理论是如何随机强迫，正压速度波动导致指数增长，大规模（平均）磁发电机在存在的均匀剪切流，$\vec{U} = S x \vec{e}_y$。这是一个“运动学”理论，用于从一个小的初始种子开始平均磁能的增长，忽略了洛伦兹力的饱和效应。准线性近似是最广泛的合理性，其对应的非线性磁流体力学的计算解决方案，它是严格推导出的大电阻率，$η\rightarrow \infty$的限制。即使在强迫或气流中没有平均螺旋度，发电机作用也会发生，但随机螺旋度方差是必不可少的。在一个足够大的域和小的波数$k_z$在垂直于平均剪切平面的方向，一个正的指数增长率$γ$可以发生任意值的$η$，粘度$ν$，和随机强迫相关时间$t_f$和相位角$θ_f$在剪切平面。$γ$的值与域大小无关。剪切发电机是“快速”的，具有在$η\rightarrow 0$极限内的有限$γ> 0$。在随机强迫集合上取平均值，平均磁场的增长要比均方根值慢得多。磁场（magnetic energy）在小雷诺数（$η, \ ν\rightarrow \infty$）的限制下，当强迫是稳定的（$t_f \rightarrow \infty$）时，发电机的行为与众所周知的α-ω { \it anomax}有关，而当强迫是纯波动的时，发电机的行为与“非相干的”α-ω { \it anomax}有关。
2011-10-12 astro-ph.CO astro-ph.EP astro-ph.GA
Alpha effect and dynamo in density-stratified turbulence with large-scale shear: applications to protoplanetary discs and astrophysical clouds
Ben-Gurion University of Negev（内盖夫本-古里安大学）
研究密度分层湍流与大尺度剪切共同作用产生的α效应和平均场发电机效应，探讨其在原行星盘和天体物理云中的应用。
2026-03-18 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.SR
Generation of large-scale magnetic fields due to fluctuating $α$ in shearing systems
我们探讨了剪切流中大规模磁场的增长，由于螺旋度波动与有限的相关时间，通过研究的Kraichnan-Moffatt模型的零均值随机波动的$α$参数的发电机理论。利用一阶光滑近似和$α$统计量的伽利略不变性，导出了大尺度磁场演化的线性积分微分方程。这使得能够构建在剪切速率$S$和$α$ -相关时间$τ_α$中无扰动的模型。在简要回顾了可精确解的白噪声极限的显著特征之后，我们考虑了小但非零的$τ_α$的情况。当大尺度磁场缓慢变化时，其演化服从一个偏微分方程。我们提出了大规模磁场的指数增长率的模态解和条件，其驱动程序是Kraichnan扩散率，莫法特漂移，剪切和非零相关时间。特别令人感兴趣的是发电机行动时，$α$ -波动是弱的，即当Kraichnan扩散是积极的。我们表明，在没有莫法特漂移，剪切不引起增长的解决方案。但剪切和莫法特漂移共同作用，可以驱动大规模的发电机行动与增长率$γ\propto |S|$。
2018-11-26 astro-ph.GA physics.plasm-ph
Moffatt drift driven large scale dynamo due to $α$ fluctuations with nonzero correlation times
我们提出了一个理论的大规模发电机行动的湍流具有随机，零平均波动的$α$参数。特别令人感兴趣的是由于莫法特漂移，这预计是有限的统计各向异性湍流的平均磁场的增长的可能性。我们扩展了Kraichnan-Moffatt模型，以探索$α$波动的有限记忆效应，其精神类似于Sridhar & Singh（2014），以下简称SS 14。利用一阶光滑近似，我们得到了一个线性积分微分方程的动力学的大尺度磁场，这是非微扰的$α$ -相关时间$τ_α$。我们恢复早期的结果在完全可解的白噪声（WN）的限制，莫法特漂移不有助于发电机的增长/衰减。为了研究有限记忆效应，我们通过假设$τ_α$是小的但非零的，并且大尺度磁场是缓慢变化的，将积分-微分方程简化为偏微分方程。我们推导了色散关系，并提供了明确的表达式作为四个独立参数的函数的增长率。当$τ_α\neq 0$时，我们发现：（i）在没有Moffatt漂移，但具有有限Kraichnan扩散系数的情况下，只有强的$α$ -涨落才能产生平均场发电机;（ii）在一般情况下，当Moffatt漂移也不为零时，弱或强的$α$-涨落都能产生大尺度发电机;以及（iii）在某个大的$k$处总是存在波数（$k$）截止，超过该波数，增长率变为负值。因此，我们表明，一个有限的莫法特漂移总是可以促进大规模的发电机行动，如果足够强，即使在弱的$α$波动的情况下，最大的增长发生在中间波数。
2016-03-01 astro-ph.GA astro-ph.SR physics.plasm-ph
3D model of magnetic fields evolution in dwarf irregular galaxies
射电观测表明，磁场存在于矮不规则星系（dIrr）中，其强度与螺旋星系相当。慢自转、弱剪切和引力势浅是典型dIrr星系的主要特征。dIrr星系中星际介质的这些条件似乎不利于通过发电机过程放大磁场。宇宙线驱动发电机模型是星系发电机模型中的一种，在旋涡星系中得到了成功的验证。我们调查这个发电机模型在ISM的dIrr星系。我们研究了在慢旋转、弱剪切和浅引力势的影响下，它的效率。此外，爆炸的超新星由恒星形成的频率及其调制参数化，以再现爆发和静止阶段。我们发现，即使是剪切率很低的缓慢星系旋转也会放大磁场，而剪切率很低的快速旋转也会提高发电机的效率。我们的模拟已经表明，大量的磁能离开模拟箱成为星系际磁场的有效来源。
2011-01-12 astro-ph.GA
Faraday rotation signatures of fluctuation dynamos in young galaxies
通过高红移星系的法拉第旋转观测揭示了它们拥有相干的磁场，其强度与在附近星系中观测到的相当。这些场可以由涨落发电机产生。我们使用这种发电机在高达均方根马赫数2.4的强制可压缩湍流中的理想化数值模拟来探测由此产生的旋转测量（RM）和磁场的相干程度。我们得到RMS值RM在发电机饱和度的顺序的45 - 55%的预期值在一个模型中，字段被假定为相干的强迫尺度上的湍流。我们表明，占主导地位的贡献RM在亚音速和跨音速的情况下，来自一般的海洋体积填充领域，而不是从罕见的结构。然而，在超音速的情况下，强场区域以及适度过密区域的贡献显着。我们的结果可以解释观测到的年轻星系的RM。
2018-02-12 astro-ph.GA
Magnetic fields in elliptical galaxies: an observational probe of the fluctuation dynamo action
涨落发电机被认为在磁化星系演化中起着至关重要的作用，在$\sim0.01~$ Gyr中饱和，因此可能作为大规模发电机的种子。然而，在银河系环境中的波动发电机行动的明确的观测确认仍然失踪。这是因为，在旋涡星系中，很难区分由波动发电机产生的小尺度磁场和由大尺度磁场纠缠产生的磁场。我们认为，观测椭圆星系中的磁场将直接探测涨落发电机作用。这是由于在椭圆星系中，由于缺乏显著的旋转，传统的大规模发电机是缺席的，波动发电机负责控制磁场强度和结构。通过考虑Ia型超新星爆炸注入的湍流和冷却流可能的磁场放大，我们估计了静止椭圆星系中$0.2~-~1 \,μ{\rm G}$的预期磁场强度。我们使用星系形成的半解析模型来估计磁场强度的分布和红移演化，初步发现磁场强度随红移的减小而减小。我们分析了一个样品的无线电源，表现出的莱恩-加灵顿（LG）的效果（无线电极化不对称的射流）和推断磁场强度之间的$0.14~-~1.33 \,μ{\rm G}$均匀的热电子密度和$1.36~-~6.21\,μ{\rm G}$之间的热电子密度以下的国王配置文件。我们研究了测量椭圆星系磁场饱和状态的观测技术，重点是法拉第RM网格，LG效应，同步辐射和引力透镜，为未来的经验分析找到有吸引力的前景。
2020-12-03 astro-ph.CO astro-ph.GA
Hall current effects in mean-field dynamo theory
本文用一阶光滑近似法研究了霍尔项在大尺度发电机作用中的作用。结果表明，标准的$α$系数被改变，并为零时，达到一个特定的双Beltrami状态，在Alfvénic状态的MHD发电机。$β$系数不再是正定的，从而即使$α$ -猝灭起作用，也能起发电机作用。与（磁）剪切电流效应的异同点指出，并可能是潜在的负责$β< 0$的机制。结果与以前的研究进行了比较，并强调了它们的天体物理学相关性。
2016-07-18 astro-ph.GA astro-ph.IM astro-ph.SR
Fluctuation dynamos in supersonic turbulence at ${\rm Pm} \gtrsim 1$
Indian Institute of Astrophysics（印度天体物理研究所）；Pondicherry University（本地治里大学）；Indian Institute of Technology-Indore（印度理工学院印多尔分校）
研究发现，在普朗特数大于1的超音速湍流中，波动发电机的机制随Pm变化而改变，Pm=1时压缩主导，Pm=10时涡旋拉伸主导，影响磁场放大和法拉第旋转。
2026-02-17 astro-ph.GA
A jet-driven dynamo (JEDD) from jets-inflated bubbles in cooling flows
我认为，在星系团和星系群的冷却流中放大磁场的主要过程是喷流驱动发电机（JEDD）。气泡膨胀过程中形成的大量旋涡所形成的湍流和射流传播过程中形成的大尺度剪切是导致JEDD的主要过程。在射流和气泡的附近存在强湍流就足够了，正好在剪切大的地方。射流和气泡附近的JEDD对磁场的典型放大时间约为一亿年。在整个冷却流动区域中的放大时间稍长。产生湍流的涡流也是通过将冲击射流气体与团簇内介质气体混合以及通过激发声波将能量从射流传递到团簇内介质的涡流。JEDD模型将磁场添加到冷却流中射流反馈机制（JFM）中能量和质量的循环行为中。
2017-01-03 astro-ph.CO astro-ph.GA
Role of magnetic pressure forces in fluctuation dynamo saturation
通过磁流体动力学模拟，研究了磁压力在涨落发电机饱和中的作用，发现在超音速流中磁压力对抗压缩主导了发电机饱和过程。
2023-11-23 astro-ph.GA
