Properties of solar Rossby waves from normal mode coupling and characterizing its systematics
Rossby波在调节旋转球形流体的角动量，在地球上创造天气和调整遥远恒星系统中的系外行星轨道方面发挥着重要作用（Ogilvie 2014）。他们最近在太阳对流区的发现提供了一个令人兴奋的机会来欣赏详细的罗斯贝波天体物理学。大规模的Rossby波创建微妙的漂移声振荡的对流区，我们测量使用日震成像性质的Rossby波在内部。我们分析了从1999年到2018年的20年天基观测，以测量Rossby模式的频率，线宽和振幅。空间泄漏影响正常模型耦合的测量，并使分离出特定谐波度和太阳上特征的方位角数的分析复杂化。在这里，我们展示了一种新的方法来克服这个困难，并通过执行合成测试来测试它。我们发现，均方根速度的模式是在表面的顺序为0.5米/秒。
2020-02-05 astro-ph.SR
Latitudinal Propagation of Thermal Rossby Waves in Stellar Convection Zones
本文通过赤道f平面解析模型推导了恒星对流区中热罗斯贝波的本征频率，揭示了顺行波在临界频率以上径向束缚、以下可被熵梯度束缚的机制，并探讨其对太阳惯性振荡观测和数值模拟的启示。
2023-09-22 astro-ph.SR
Rossby Wave Instability in three dimensional discs
Rossby波不稳定性（RWI）是产生原行星盘中大尺度涡旋的一种很有前途的机制。这种不稳定性围绕着盘中的密度隆起发生作用，由此产生的涡旋可能有助于盘死区中的星子形成和角动量转移。大多数以前的作品的RWI处理二维（高度集成）光盘。然而，涡流在3D中可能具有与2D中不同的动力学行为。Meheut等人最近对三维全球盘中RWI的数值模拟揭示了涡旋的有趣的垂直结构，包括明显的垂直速度。在本文中，我们提出了一个线性分析的RWI在三维全球模型的等温盘。我们计算的增长率的Rossby模式（各种方位波数m = 2 - 6）被困在周围的基准密度隆起，并进行三维数值模拟，与我们的线性结果进行比较。我们发现，三维RWI增长率仅略小于二维增长率，在线性阶段的数值模拟中看到的速度结构与我们的线性计算中获得的速度本征函数一致。该数值基准表明，数值模拟可以准确地描述不稳定性。还研究了与Rossby涡相关的角动量转移率。
2012-03-02 astro-ph.EP astro-ph.SR
Magnetic field evolution in solar-type stars
我们讨论选定方面的磁场演化的太阳型恒星。大多数具有活动周期的恒星都处于标准化色球钙发射随Rossby数的倒数线性增加的范围内。当罗斯贝数低于太阳值的四分之一时，活动饱和，没有发现周期;当罗斯贝数高于太阳值时，也没有发现活动周期，但现在大部分恒星的活动又增加了。快速旋转的恒星显示出非轴对称的大尺度磁场，但是关于发生这种情况的Rossby数的实际值，模型和观测之间存在分歧。我们还讨论了使用各种线偏振技术在恒星表面使用宇称奇贡献的线偏振和表面以上使用法拉第旋转检测磁螺旋的迹象的前景。
2020-03-31 astro-ph.SR
Effect of latitudinal differential rotation on solar Rossby waves: Critical layers, eigenfunctions, and momentum fluxes in the equatorial $β$ plane
在太阳上观测到纵向波数在3到15之间的垂直涡度逆行传播波，其色散关系接近于经典的扇形Rossby波。观测到的涡度本征函数在纬度上是对称的，在赤道处达到峰值，在$20^\circ$ - $30^\circ$附近切换符号，在高纬度处减小。我们寻找一个解释，考虑到太阳纬度差异旋转。在赤道$β$平面上，我们研究了线性Rossby波（相速度$c <0$）在抛物型纬向切变流$U = - \overline{U}\ ξ^2<0$中的传播，其中$\overline{U} = 244$ m/s和$ξ$是纬度的正弦。在无粘情况下，本征值谱是实的和连续的，速度流函数在$U = c$的临界纬度处是奇异的。我们在问题中加入涡粘性来解释波的衰减。在粘性情况下，流函数是四阶修正的Orr-Sommerfeld方程的解。特征值是复杂的和离散的。对于合理的涡动粘度值对应于超颗粒尺度和以上（雷诺数$100 \le Re \le 700$），所有模式是稳定的。在固定的纵向波数，最小阻尼模式是一个对称模式的实际频率接近的经典Rossby模式，我们称之为R模式。对于$Re \approx 300$，本征函数的衰减和实部与观测结果定性一致（不像本征函数的虚部，其在模型中具有更大的振幅。结论：每一个纵波数都与一个纬度对称的R模相关联，R模被太阳的差异自转捕获在低纬度。在粘性模型中，R模式从耗散层向赤道输送显著的角动量。
2020-08-05 astro-ph.SR
Theory and evidence of global Rossby waves in upper main-sequence stars: r-mode oscillations in many Kepler stars
从压力模式（p模式）和浮力或重力模式（g模式）推断的星震在赫兹-罗素图上是无处不在的。然而，到目前为止，对r模（全局Rossby波）的讨论还很少。在这里，我们通过考虑这些模式的可见性，得到了观测框架中r模式的预期频率范围。我们发现，方位角顺序$m$的r模式的频率出现在略低于$m$倍的旋转频率的频率组。将r模式的可见度曲线与上主序星B、A和F的开普勒光变曲线的傅立叶振幅谱进行比较，我们发现r模式存在于许多$γ$ Dor星（由Van Reeth等人在2016年首次发现）、斑点星和所谓的心跳星（Heartbeat stars）中，它们是高度偏心的双星。我们还发现了一个签名的r模式在一个频繁爆发的开普勒观察到的Be星。在振幅谱的中度快速旋转$γ$多尔星，r-模式频率组出现在较低的频率比adjudde g-模式频率组，而在振幅谱的早期发现的A到B星，对称（相对于赤道）r-模式频率组出现的频率略低于一个结构化的峰值，我们建议代表一个近似的恒星旋转速率。在许多心跳星中，一组频率可以用对称的$m=1$ r模式拟合，这可以用来获得这些恒星的旋转频率。
2017-11-14 astro-ph.SR
Formation and long-term evolution of 3D vortices in protoplanetary discs
在行星形成的背景下，反气旋涡旋在星子形成中的作用引起了人们的广泛关注。中等大小的固体向中心恒星的径向迁移可能会阻止它们生长成更大的固体颗粒。另一方面，涡旋可以捕获尘埃并加速这种增长，抵消快速的径向传输。已经证明，多种效应会影响这种情况，例如涡旋迁移或衰减。本文研究了三维原行星盘中由Rossby波不稳定性引起的涡旋的形成及其长期演化。我们使用一个强大的数值方案结合自适应网格细化在圆柱坐标系中，允许afforderly计算长期的3D演变。我们考虑一个完整的磁盘分层径向和垂直，是容易形成的涡的Rossby波不稳定性。我们表明，三维Rossby涡的增长和生存数百年没有迁移。引发不稳定性和涡旋形成的局部过密度在Rossby波不稳定性的增长中存活了很长时间。当涡不再由Rossby波不稳定性维持时，它们的形状向更椭圆的涡改变。这使它们能够在剪切驱动的破坏中幸存下来，但它们可能倾向于椭圆不稳定和缓慢衰减。当罗斯贝波相关的不稳定性增长的条件下，维持在光盘，大规模的旋涡可以生存在很长的时间尺度，并可能能够集中固体。
2012-04-19 astro-ph.EP astro-ph.SR
The magnetic strip(s) in the advanced phases of stellar evolution - Theoretical convective turnover timescale and Rossby number for low- and intermediate-mass stars up to the AGB at various metallicities
最近对普通G、K和M巨星的分光偏振观测显示，HRD中的局部磁条与第一次挖掘和核心氦燃烧发生的区域一致。我们试图了解这种晚型巨星中磁场的起源。在类比与晚型矮星，我们主要集中在已知的参数，影响产生的磁场的外对流信封。我们计算的经典发电机参数沿演化轨道的低和中等质量的恒星在不同的金属丰度使用恒星模型，已被广泛测试的光谱和asteroseismic观测。这些包括对流周转时间尺度和对流Rossby数，从PMS到RGB或早期AGB的尖端计算。为了研究非常扩展的外对流包络的影响，我们计算这些参数的整个对流包络和本地，也就是说，在不同的深度内的信封。我们还计算了主序上中等质量恒星对流核的周转时间尺度和相应的Rossby数。我们的模型表明，Rossby数的对流信封变得低于统一的赫兹-罗素图的磁场确实被检测到的良好界定的位置。我们表明，α-欧米茄发电机过程可能不会连续运行，但它们是有利于在恒星对流信封在两个特定的时刻沿演化轨迹，即，在第一次疏浚在RGB的基础上，并在中央氦燃烧的氦燃烧阶段和早期AGB。这种普遍的行为可以解释最近通过对演化恒星的专门分光偏振测量发现的所谓磁条。
2017-03-31 astro-ph.SR
Gravity modes and potential evidence for Rossby Waves in late O-type supergiants
Instituto de Astrofísica de La Plata（拉普拉塔天体物理研究所）；Facultad de Ciencias Astronómicas y Geofísicas（天文与地球物理科学学院）；Instituto de Estadística, Universidad de Valparaíso（瓦尔帕莱索大学统计研究所）；Astronomical Institute, Czech Academy of Sciences（捷克科学院天文研究所）；Astronomical Institute, Faculty of Mathematics and Physics, Charles University（查理大学数学物理学院天文研究所）；Royal Observatory of Belgium（比利时皇家天文台）
本研究分析3颗O型超巨星的TESS光变曲线，发现受旋转调制的g模式振荡证据，还提出旋转O型超巨星中可能存在罗斯比波，为其低频变异性提供新见解。
2026-08-13 astro-ph.SR
Rossby Wave Instability with Self-Gravity
非自引力盘中的Rossby波不稳定性（RWI）可以由盘表面质量密度（与反位涡成比例）中半径$r_0$处的凸起触发。它在$r_0$附近产生了一个不断增长的非轴对称扰动[ $\propto \exp(imϕ)$，$m=1,2..$ ]，该扰动由反气旋涡旋组成，可能有助于原行星盘中的星子生长。在这里，我们分析了一个连续的薄盘模型，从自引力到非自引力。确定稳定性/不稳定性的关键量是：（1）盘表面密度中的隆起（或凹陷）的参数，（2）盘的Toomre $Q$参数（非自引力盘具有$Q\gg1$），以及（3）扰动的无量纲方位波数$\bar{k}_ϕ=mQh/r_0$，其中$h$是盘的半厚度。对于对轴对称扰动稳定的圆盘（$Q>1$），自重对$\bar{k}_ϕ< π/2$或$m<(π/2) (r_0/h)Q^{-1}$有重要作用;如果是$Q\lesssim 2$，表面密度中的凹陷或凹槽可能会发生不稳定。对于$\bar{k}_ϕ> π/2$，自重并不重要，并且在表面密度的凸起处可能发生不稳定性。因此，对于所有的模式数$m \ge 1$，自重对$Q > (π/2)(r_0/h)$是不重要的。我们建议，自重力应包括在模拟的情况下，$Q< (r_0/h)$。
2012-12-03 astro-ph.SR physics.flu-dyn
Time-distance helioseismology of solar Rossby waves
上下文最近，我们用粒度跟踪和环图分析技术对六年的SDO/HMI资料进行分析，在近地面水平流场中发现了太阳Rossby波（r模）。目的。在这里，我们将时距日震学应用于SOHO/MDI和SDO/HMI组合数据集，这些数据集涵盖了从1996年5月到2017年4月的21年观测。这项研究的目标是在两个太阳周期和太阳的深层提供独立的确认。方法.我们已经测量了南北日震沿赤道的旅行时间，这是敏感的地下南北流动。为了降低噪声，在6 $^\circ$至30 $^\circ$的行进距离上对行进时间进行平均;平均距离对应于p模式下转折点0.91 $R_\odot$。将21年的走时测量时间序列分成三个7年的子集，并进行变换以获得共转框架中的功率谱。结果功率谱的峰值都出现在方位波数在$3 \leq m \leq 15$范围内的经典扇形Rossby波的频率附近。模式频率和线宽的模式与$m \leq 9$与以前的研究是一致的，而模式与$m \geq 10$的移动向较小的负频率由10- 20 nHz。虽然这些模式中的大多数具有大约几个月的e折叠寿命，但寿命最长的模式$m=3$具有超过一年的e折叠寿命。对于每种模式，赤道处的均方根速度在1--3 m s $^{-1}$范围内，其中最大值为$m\sim10$。在功率谱中没有发现$m=2$扇形模式的证据，这意味着该模式的均方根速度低于$\sim$ 0.5 m s $^{-…
2019-04-29 astro-ph.SR
Rossby modes in slowly rotating stars: depth dependence in distorted polytropes with uniform rotation
最近通过测量水平表面和近表面太阳流发现了大规模的Rossby波（Löptien等人，2018）。我们感兴趣的是了解为什么只有部门模式的观察中看到的，也在模拟所观察到的模式的径向结构。为此，我们在这里求出了均匀旋转中慢旋转多面体的r模径向本征函数。我们发现，对于自由表面边界条件的非零表面密度的椭球体，r模式只能存在于$\ell=m$球谐函数在无粘的情况下，我们计算其深度依赖性和频率的领先秩序。对于准绝热层结，没有径向节点的扇形模式是唯一的模式，几乎是环形的和相应的水平运动尺度的深度依赖性为$r^m$。对于所有的r模式，除了零径向顺序扇形的，非绝热层结起着至关重要的作用，在径向力平衡。当分层接近中性时，除了在半径上没有节点的扇形模式之外，缺乏准环形解，这是因为系统需要处于水平和径向力平衡状态。在没有超绝热或亚绝热分层和粘性的情况下，水平和径向力平衡独立地确定压力扰动。压力扰动的两个确定值一致的唯一准环形情况是$\ell=m$和水平位移与$r^m$成比例的特殊情况。
2020-03-11 astro-ph.SR
Parametric Study of the Rossby Wave Instability in a Two-Dimensional Barotropic Disk
观测到了具有非轴对称结构的原行星盘。Rossby波不稳定性（RWI）被认为是非轴对称结构的起源之一。我们进行线性稳定性分析的RWI在正压气流中使用四种代表性类型的背景流在一个广泛的参数空间。我们发现，如果系统对RWI是边缘稳定的，那么共旋半径位于背景涡度最小值处，并且具有大的振幅，这使得我们可以很容易地检查对RWI的稳定性。我们重新推导了半解析形式的RWI开始的充分必要条件。我们讨论了新的条件在现实系统中的适用性和RWI的物理性质。
2016-03-30 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.SR
A Knee-Point in the Rotation-Activity Scaling of Late-type Stars with a Connection to Dynamo Transitions
晚型恒星的磁活动与它们的自转速率有关。在一定限度内，具有较小罗斯比数（定义为旋转周期除以对流周转时间）的恒星具有较高的活动性。更详细地观察这种旋转-活动关系，发现低罗斯比星的活动标度比高罗斯比星的斜率更小，而不是简单的幂律关系。我们发现，对于色球CaII H&K活动，这种标度关系很好地模拟了一个破碎的两件式幂律。此外，该关系的拐点与活动星的黑子活动和表面磁场位形的轴对称到非轴对称的转变相吻合。我们解释这个拐点之间的主导轴和非轴对称发电机政权与不同的依赖旋转发电机过渡，并讨论了这一假设在目前的数值发电机模型。
2021-12-15 astro-ph.SR
Nonlinear Rossby wave-wave and wave-mean flow theory for long term Solar cycle modulations
太阳活动的施瓦布周期在几个世纪和几千年的缓慢时间尺度上表现出调制和频率波动。对于这些太阳周期长期变化的原因，合理的物理解释仍然难以捉摸，可能的理论包括阿尔法效应的随机性和差异旋转的波动。近年来有文献提出，太阳活动周期的时空结构与磁流体动力学Rossby波的非线性动力学（包括波-波相互作用和波-平均流相互作用）之间可能存在联系。在这里，我们扩展了在以前的文章中提出的MHD Rossby波的非线性理论，考虑到长期的调制效应，由于最近发现的机制，允许显着的能量转移在不同的波三和弦：旋进共振机制。我们已经发现了大量的Rossby-Haurwitz波三元组，其频率失配与太阳周期频率兼容。因此，通过分析减少动力学的两个三和弦耦合由一个单一的模式（五波系统），我们已经证明，在振幅制度中发生的岁差共振，整个系统的能量转移产生显着的长期调制的主要$\sim 11$年周期与三和弦内的能量交换。我们进一步表明，这样的调制显示的特征波振幅和内三元组的能量交换，这是一致的Waldmeier定律的太阳周期的周期之间的反比关系。在存在一个恒定的强迫和耗散，五波系统的进动共振制度表现出不规则的振幅波动与一些类似的大极小状态的周期。
2019-08-19 astro-ph.SR physics.ao-ph
Magnetic Rossby waves in the solar tachocline and Rieger-type periodicities
除了11年的太阳活动周期外，在第21太阳活动周期期间，在高能太阳耀斑中发现了另一个大约155-160天的周期，并且还报道了它在太阳黑子区和强磁通量中的存在。这种周期性具有难以捉摸和神秘的特征，因为它通常只出现在太阳活动周期的最大值附近，并且似乎与太阳表面周期性出现的强磁通量有关。因此，它可能与速跃层有关，速跃层是位于太阳对流区底部附近的一个薄层，那里储存着强发电机磁场。本文研究了存在环向磁场和纬向差异旋转时速跃层中Rossby波的动力学。我们的分析表明，磁Rossby波一般是不稳定的，增长率是敏感的磁场强度和纬向差分旋转参数。在整个太阳活动周中，差旋和磁场强度的变化增强了在太阳活动周极大值附近速跃层上部特定谐波的增长率。这个谐波相对于赤道对称，周期为155-160天。波振幅的快速增加可能会导致出现磁通量，从而导致观测到与磁通量相关的太阳活动指标的周期性。
2009-11-24 astro-ph.EP astro-ph.SR
The Dusty Rossby Wave Instability (DRWI): Linear Analysis and Simulations of Turbulent Dust-Trapping Rings in Protoplanetary Discs
针对原行星盘湍流尘埃俘获环中流不稳定性难以作用的问题，提出两类尘埃罗斯贝波不稳定性（DRWI）并通过双流体模拟验证，为星子及不对称尘埃结构形成提供新路径。
2023-08-24 astro-ph.EP astro-ph.SR
On the mechanism of self gravitating Rossby interfacial waves in proto-stellar accretion discs
在一个理想化的二维原恒星盘模型中研究了边缘波在自引力影响下的动力学响应。在稳态下，原恒星盘是一个垂直旋转的无限大流体圆柱体，除了在半径r0处有一个单一的密度界面外，密度不变。在基本状态下的流体被规定为旋转的开普勒轮廓$Ω_k(r)\sim r^{-3/2}$修改一些额外的方位角剪切流。线性分析表明，存在两种方位向传播的边缘波，它们与陆地研究中常见的Rossby波和表面重力波类似，它们相对于界面处的局部基态旋转速率彼此反向运动。不稳定性只发生在径向压力梯度与密度跃变（不稳定分层）相反的情况下，在这种情况下，无论系统的分层如何，自重都充当波稳定器。波的传播特性进行了详细讨论的涡度边缘波的语言。Boussinesq和非Boussinesq效应对这些波的稳定性和传播的作用，包括和不包括自重力，然后量化。自引力非Boussinesq效应是涡量产生的一个来源，在基态密度上有一个跳跃，此外，自引力还通过径向主压梯度改变了动力学，这是一种Boussinesq效应。这些机械的见解的进一步应用中提出的结论，包括多密度跳跃或间隙可能是或可能不是稳定的方式。
2016-01-12 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.flu-dyn
Parametric Study of the Rossby Wave Instability in a Two-dimensional Barotropic Disk II: Non-Linear Calculations
自从发现不平衡结构以来，原行星盘中的涡旋引起了人们的注意。产生涡旋的可能机制之一是Rossby波不稳定性（RWI）。在我们以前的工作中，我们已经进行了详细的线性稳定性分析的RWI与各种初始条件。本文利用Athena++程序对RWI在二维正压圆盘中的涡旋形成过程进行了数值模拟。作为初始条件，我们考虑轴对称磁盘高斯表面密度凹凸的各种对比度和半宽度。在线性和弱非线性状态下，扰动如预期的那样从线性稳定性分析中增长。饱和后，根据最不稳定的方位模式形成多个涡，并相继合并。最后，只剩下一个准静止涡（RWI涡），它向内迁移。在RWI演化过程中，轴对称分量逐渐接近稳定位形。我们发现，轴对称分量达到边缘稳定状态的最不稳定的方位角模式在饱和和边缘稳定状态的m = 1模式在最后的涡合并。我们研究了RWI涡旋的结构和演化。我们得到了RWI涡旋的性质与初始条件之间的一些经验关系。利用示踪粒子分析，我们发现，RWI涡可以被认为是一个物理实体，像一个大的流体粒子。我们的结果为定量解释原行星盘中观察到的不平衡结构提供了坚实的理论基础。
2018-07-23 astro-ph.EP astro-ph.SR
Dynamical signatures of Rossby vortices in cavity-hosting disks
背景：行星形成于年轻的气体和尘埃盘中。通过热辐射追踪后者，在少数情况下观察到强烈的不对称团块。这些尘埃陷阱可能是理解行星形成早期阶段的关键，当时固体从微米大小增长到微行星。目的：涡旋是少数已知的不对称尘埃捕获方案之一。目前的工作旨在预测他们的特点，在一个互补的观察。也就是说，视线速度非常适合于追踪涡流的存在。此外，磁盘的动力学是最近的发展。方法：进行二维流体模拟，其中在气体耗尽区域的边缘处形成涡流。我们推导出理想化的视线速度图，不同的磁盘温度和方向相对于观察员。感兴趣的信号，作为一个小的扰动，占主导地位的轴对称分量的速度，可以隔离在观测数据中使用的代理占主导地位的准开普勒速度。我们建议，观测主轴上的速度曲线是这样一个代理。结果如下：将我们的方法应用于HD 142527周围的磁盘作为研究案例，我们预测视线速度几乎检测到目前可用的设施，根据磁盘温度。我们表明，相应的螺旋图案也可以检测到类似的光谱分辨率，这将有助于区分替代解释。
2020-07-16 astro-ph.EP astro-ph.SR
Dust-trapping Rossby vortices in protoplanetary disks
行星形成理论中最具挑战性的步骤之一是导致千米大小的星子形成的步骤。一个有希望的设想是存在能够将大量尘埃和颗粒集中在中心的漩涡。到目前为止，这种情况主要是在2D剃刀薄磁盘中研究的。一个三维的研究，包括，同时，垂直沉降的漩涡的形成和由此产生的粉尘浓度，仍然失踪。Rossby波不稳定性自洽地形成3D涡旋，其具有在其中心呈现大尺度垂直速度的独特性质。在这里，我们的目标是研究这种新发现的效应如何改变尘埃的动态演化。我们进行全球三维模拟的RWI在径向和垂直分层磁盘使用代码MPI-AMRVAC。在不稳定性的增长阶段之后，通过双流体方法对气相和固相进行建模，其中灰尘被认为是没有压力的流体。同时考虑了气体对粉尘的拖曳力和粉尘对气体的反作用。使用1 mm至5cm的多种粒度，并具有恒定的密度分布。我们在很短的时间尺度内获得了高浓度的最大颗粒的旋涡。事实上，在3次旋转中，尘埃与气体的密度比从10^-2增加到1，导致质量集中到一个漩涡中的火星。径向漂移的存在也是旋涡半径处灰尘堆积的起源。最后，涡流中的气体的垂直速度导致沉降过程被逆转，mm尺寸的粉尘被提升，并且在上层中获得比在中平面中更高的浓度。
2012-08-24 astro-ph.EP astro-ph.SR
Overstable Convective Modes in a Polytropic Stellar Atmosphere
本文证明太阳对流区下半部可存在过稳定对流模态（热罗斯比波），给出多方球分层中大气波的解析解，并探讨其与辐射区$g$模态的耦合可能增强光球可见性。
2023-05-11 astro-ph.SR
An optimized tidal-trigger model of the QBO, and some implications for the Carrington event
Helmholtz-Zentrum Dresden – Rossendorf（德累斯顿-罗斯多夫亥姆霍兹中心）
通过考虑潮汐触发的磁Rossby波对环向场强度的依赖性，优化了太阳QBO的潮汐触发模型，使极端太阳事件与潮汐强迫函数的相关系数提升至0.8，并讨论了卡林顿事件与1989年强事件群的相似性。
2026-06-05 astro-ph.SR
Hydrodynamic instability in warped astrophysical discs
翘曲的天体物理圆盘通常被视为层流粘性流，当圆盘接近开普勒并且粘度很小时，它具有异常的性质：产生快速的水平剪切运动和大扭矩，这导致翘曲迅速发展，在某些情况下，速度与粘度成反比。然而，这些流动往往受到线性流体动力学不稳定性，这可能会产生小规模的湍流和修改大规模的动态光盘。本文用弯曲剪切薄板计算弯曲圆盘中的振荡层流，并用Floquet方法分析其线性稳定性。我们发现广泛的流体动力学不稳定性来自惯性波的参数共振。即使是非常小的，不可观察到的翘曲几乎开普勒磁盘的低粘度可以预期产生流体动力学湍流，或至少波活动，通过这种机制。
2013-07-01 astro-ph.SR
Further Evidence of Modified Spin-down in Sun-like Stars: Pileups in the Temperature-Period Distribution
我们结合恒星表面的旋转周期确定从美国宇航局的开普勒任务与光谱温度证明堆积的存在，在长周期和短周期的温度周期分布的边缘的主序星的温度超过$\sim 5500$ K。长周期堆积可以用一个常数Rossby数曲线来描述，其临界值为$\mathrm{Ro_{crit}} \lesssim 2$。van Saders等人（2019）预测了长周期堆积，这是由于磁制动减弱，一旦恒星达到临界Rossby数，风驱动的角动量损失就会停止。在长周期堆积中的恒星被发现有一个很大的年龄范围（$\sim 2-6$ Gyr），这意味着，沿着堆积，旋转周期是强烈的恒星表面温度的预测，但其年龄的预测弱。短周期堆积，这也是很好地描述了一个恒定的罗斯比数的曲线，是不是一个预测的减弱磁制动假说，但可能是有关的一个阶段，减缓表面自旋下降，由于核心包络耦合。Curtis等人（2020）提出了相同的机制来解释不同年龄的疏散星团的低质量成员的重叠旋转序列。在短周期和长周期堆积之间具有中间旋转周期的恒星相对缺乏，也可以用常数Rossby数曲线来描述，这与McQuillan等人（2013 a）在M型恒星中最初发现的周期间隙一致。这些观测结果进一步支持了这样的假设，即周期间隔是由于恒星天体物理学，而不是开普勒场中不均匀的恒星形成历史。
2022-05-10 astro-ph.EP astro-ph.SR
The impact of rotation on turbulent tidal friction in stellar and planetary convective regions
恒星和行星对流区的湍流摩擦是驱动恒星和行星内部潮汐流动能耗散和系统演化的关键物理机制之一。这种摩擦作用于这些层中的平衡/非波浪状潮汐和潮汐惯性波。因此，有必要获得这种摩擦的稳健处方。在目前的最先进的，它是由一个湍流涡粘性系数，混合长度理论的基础上，应用于潮汐的速度。然而，目前的处方都没有考虑到旋转的作用，可以强烈影响湍流对流。因此，我们使用的理论比例尺的对流速度和特征lengthscales在旋转的恒星和行星，最近已被证实的3-D高分辨率非线性笛卡尔数值模拟推导出一个新的处方。一个相应的本地模型的潮汐波是用来了解线性潮汐耗散的后果。最后，旋转恒星模型的新网格和行星对流Rossby数的公布值被用来讨论天体物理学的后果。旋转对对流的作用深刻地改变了作用在潮汐上的湍流摩擦。在快速旋转的制度（与对流Rossby数低于0.25），涡动粘度可能会减少了几个数量级。这可能导致平衡潮汐的粘性耗散效率的损失，并导致大部分对流区域中的潮汐惯性波的更有效的复杂和共振耗散。因此，有必要对恒星-行星系统和多恒星的潮汐/旋转演化进行完全耦合的处理，并对潮汐流的变化及其作为旋转函数的耗散进行连贯的处理。
2016-04-28 astro-ph.EP astro-ph.SR
Application of Binary Evolution in Astrophysical Studies
双星的演化与单星不同，因此双星演化对天体物理研究非常有用。本文讨论了双星演化在恒星、星团、星系和宇宙学研究中的应用。特别是，我专注于使用的颜色星等图和光谱的星团和星系的能量分布研究的二进制演变。
2013-02-01 astro-ph.SR
KIC~8975515: a fast-rotating ($γ$ Dor - $δ$ Sct) hybrid star with Rossby modes and a slower $δ$ Sct companion in a long-period orbit
{KIC~8975515是一个具有混合脉动的\emph{Kepler}双线光谱双星系统。两个分量具有相似的大气特性（T $_{\rm eff}$ $\sim$ 7400~K），其中一个是快速旋转体（$v\sin i = 162$对32 km/s）。我们的目标是非常详细地研究\emph {开普勒}光变曲线，以确定脉动的频率，在傅立叶光谱中寻找规则的间隔模式，如果有的话，并在二元性和快速旋转的背景下讨论它们的起源。在本文中，我们研究的基础上仔细分析的低，中，高频率区域的傅立叶频谱的恒星脉动的性质。这是通过对频谱中检测到的所有重要频率进行连续的预白化来执行重复的频率搜索分析来完成的。此外，我们寻找的$g$模式之间的定期间隔，以及$g$和$p$模式之间的频率分裂。在低频区，检测到五个规则的周期间隔图案，包括一个系列的逆$g$模式和四个系列的逆$r$模式。的$r$模式是均匀分布的谐波的旋转频率的快速旋转的恒星$f_{\rm rot}$ = 1.647 d $^{-1}$。主要的$g$模式是$f_{2}$ = 2.37 d $^{-1}$。最强的p模在$f_{1}$ = 13.97 d $^{-1}$处形成单重态。在高频区，我们确定了两个多重的定期分裂$p$模式的平均频率间隔为0.42 d $^{-1}$和1.65 d $^{-1}$。我们探测到一些系列的逆行$r$和逆$g$模式，以及两个多重…
2020-04-17 astro-ph.IM astro-ph.SR
Tidally Forced Planetary Waves in the Tachocline of Solar-like Stars
行星所在的类太阳恒星中的大气波能否与潮汐力产生实质性共振？在很大程度上影响空间天气，甚至与动力相关？特别是，低频Rossby波，这已被发现在太阳近地表层，是注定在响应太阳黑子周期尺度的扰动。在本文中，我们试图解决这些问题，因为我们制定了一个强迫波模型的速跃层，这被广泛认为是几个磁流体动力学行星波的发源地，即，Rossby，惯性重力（庞加莱），开尔文，阿尔文和重力波。速跃层被建模为一个浅的等离子体大气与有效的自由表面上，我们描述内的笛卡尔$β$平面近似。作为一个新颖的以前的研究，我们配备了一个保守的潮汐势和线性摩擦定律的控制方程来考虑耗散。我们将线性化的控制方程组合成一个解耦的波动方程，这使得分析变得容易。分析结果，并讨论了几个有趣的自由，阻尼和强迫波限制中纬度和赤道被困波。对于理想化的情况下，一个单一的潮汐发电机构的圆形轨道，我们推导出一个明确的解析解，我们适用于我们的太阳估计领先的顺序响应木星。我们的分析表明，Rossby波共振低频扰动可能会达到相当大的速度振幅的顺序$10^1 - 10^2\, {\rm cm}\, {\rm s}^{-1}$，然而，强烈依赖于尚未未知的总耗散。
2022-08-01 astro-ph.SR physics.flu-dyn
Planetary nurseries: vortices formed at smooth viscosity transition
Rossby波不稳定性的激发和原行星盘外死区边缘大尺度涡旋的发展是解释过渡盘马蹄形亮度分布的主要理论之一。这种涡流的形成需要相对急剧的粘度转变。然而，详细的建模表明，在死区的外缘处的粘度转变是相对平滑的。在这项研究中，我们提出了二维全球，非等温，气尘耦合的流体动力学模拟研究的可能性，涡激发在光滑的粘度转变。我们的模型是基于最近假设的情况下，在尘埃颗粒的表面上的带电粒子的重组的结果，在减少电离分数，反过来，由于磁旋转不稳定的湍流。因此，圆盘粘度的α参数取决于当地的粉尘-气体质量比。我们发现，在死区的外缘的平滑的粘度转变可以成为Rossby不稳定和形成漩涡。一个单一的大规模的旋涡发展，如果光盘的灰尘内容是很好地耦合到气体，然而，多个小规模的旋涡随之而来的情况下，耦合较少的灰尘。由于这两种类型的涡流都被困在死区外缘，它们为灰尘的生长提供了足够的时间。漩涡收集的固体含量可以超过几百个地球质量，而尘埃与气体的密度比通常超过1。因此，这样的旋涡在盘内起到行星苗圃的作用，为星子和最终的行星系的形成提供理想的场所。
2023-02-07 astro-ph.EP astro-ph.SR
Focusing of nonlinear eccentric waves in astrophysical discs
本文基于Whitham（1965）的平均拉格朗日方法，发展了一种对天体物理圆盘中偏心波短波长极限的完全非线性近似。在这个极限中，在快速变化的偏心波和背景圆盘之间存在尺度分离。尽管具有小的偏心率，但这种快速变化的波可以是高度非线性的，可能接近轨道交叉，并且这可以导致圆盘中的强压力梯度。我们推导出的条件陡峭的非线性和偏心率的波传播在径向结构的光盘在这个短波长的限制，并表明该解决方案的行为可以有界的行为的WKB解决方案的线性方程。
2019-06-20 astro-ph.EP astro-ph.SR
Hydrodynamics of warps in the local model of astrophysical discs
我们展示了如何局部近似的天体物理光盘，这是众所周知的模型的剪切盒的基础上，可以用来研究许多方面的动力学翘曲盘。在局部模型中，测试粒子的轨道相对于参考轨道的倾斜对应于粒子在轨道频率下的垂直振荡。翘曲的光盘对应于一个局部轴对称的光盘的中平面，垂直振荡的轨道频率，而演变的翘曲对应于调制的垂直振荡的复振幅。我们推导出这个振幅的守恒定律，它是角动量守恒的局部等价物，因此支配着翘曲的演化。对于lengthscales是长的相比，垂直scaleheight的光盘，已知的非共振和共振制度的翘曲动力学，包括扩散和wavelike制度的开普勒光盘，发生在本地模型中以相同的方式在一个全球性的翘曲光盘。
2022-04-01 astro-ph.EP astro-ph.SR
The astrophysical science case for a decihertz gravitational-wave detector
我们讨论了天体物理学的情况下，一个分赫兹引力波的使命。我们专注于在这个频率范围内进行科学发现的独特机会，包括IA型超新星祖先的探测，在第三体存在下的合并，中等质量的黑洞，大质量黑洞的种子，改进的天空定位，以及跟踪合并紧凑双星的人口。
2017-10-30 astro-ph.HE astro-ph.SR gr-qc
Linear coupling of modes in 2D radially stratified astrophysical discs
本文研究了具有径向分层和微分旋转的二维可压缩圆盘中的模式耦合。我们利用线性扰动的整体径向标度，研究了局部剪切片近似中的线性模。我们采用三模形式，研究了涡度（W）、熵（S）和压缩（P）模及其耦合性质。该系统表现出不对称的三模耦合：这些包括S和P-模式，S和W-模式的相互耦合，以及W和P-模式之间的不对称耦合。P模扰动能够通过间接的三模耦合产生位涡。这一过程表明，压缩扰动可以导致涡结构的发展，并影响径向分层流体动力吸积和原行星盘的动力学。
2009-09-15 astro-ph.EP astro-ph.SR
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
Lecture notes: Astrophysical fluid dynamics
这些课堂讲稿和例题是根据剑桥大学数学荣誉学位第三部分的一门课程编写的。流体动力学涉及非常广泛的天体物理现象，如恒星和巨行星的形成和内部动力学，恒星和黑洞周围的喷流和吸积盘的工作，以及膨胀宇宙的动力学。在天体物理流体中可能很重要的效应包括压缩性、自引力和“冻结”在高导电等离子体中的磁场的动力学影响。本课程所介绍和应用的基本模型是牛顿气体动力学和理想可压缩流体的磁流体动力学（MHD）。的数学结构的控制方程和相关的守恒定律进行了探讨，因为它们的重要性，分析和数值方法的解决方案，以及物理解释的一些细节。线性和非线性波，包括冲击和其他不连续性，进行了讨论。由超新星产生的球形冲击波，包括强烈的冲击波，是一个经典的问题，可以用解析法解决。球对称或轴对称的稳定解揭示了恒星和圆盘的风和喷流的物理性质。线性化方程决定天体的振荡模式，以及决定它们的稳定性和对潮汐力的响应。
2016-04-13 astro-ph.GA astro-ph.SR physics.flu-dyn
Focusing of nonlinear eccentric waves in astrophysical discs. II. Excitation and damping of tightly-wound waves
在本文中，我开发了一个非线性理论的紧缠绕（高扭曲）偏心波在天体物理光盘，平均拉格朗日方法的基础上的Whitham。粘性耗散包括在理论中使用的伪拉格朗日。这项工作是由Lee \& Goodman开发的理论扩展到3D圆盘，增加了粘度。我确认，线性紧绕偏心波是超稳定的，并激发的剪切粘度的存在下，并显示这持续弱非线性波。我发现波阻尼剪切粘度时，波变得足够的非线性，结果以前发现在颗粒盘。此外，我比较这个模型的结果，最近的模拟偏心波传播的内部区域的黑洞光盘，并表明，传入偏心波可以强烈阻尼附近的边缘稳定的轨道，导致在一个近圆形的光盘具有较强的方位角变化的光盘密度。
2022-01-04 astro-ph.EP astro-ph.HE astro-ph.SR
On the vertical-shear instability in astrophysical discs
我们探讨的线性稳定性的天体物理光盘表现出垂直剪切，这是出现时，有一个径向变化的温度或熵。这样的磁盘受到“垂直剪切不稳定性”，最近的非线性模拟显示，驱动器的MRI稳定区域的原行星盘的流体动力学活动。我们首先使用Nelson等人（2013）推导的准全局简化模型重新审视局部等温盘。这种分析，然后扩展到全球轴对称扰动的圆柱形域。我们还推导和研究了一个简化的模型，描述光盘与幂律径向熵分布（“局部多变光盘”），这是有点更现实的，因为他们拥有物理（而不是数值）表面。在所有情况下，增长最快的模式具有非常短的波长，并且局限于圆盘表面（如果存在），在那里垂直剪切最大。另一类适度增长的垂直全球体模式被激发，对应于不稳定的经典惯性波（“r-模式”）。我们讨论这两种类型的模式的属性，并强调那些增长最快的发生在最短的可用长度尺度（由数值网格或物理粘性长度确定）。这种不适定性使得对不稳定性的模拟难以解释。最后，我们对非线性饱和和由此产生的角动量输运进行了一些简短的推测。
2015-03-24 astro-ph.EP astro-ph.HE astro-ph.SR
