Impact of a mean field dynamo on neutron star mergers leading to magnetar remnants
本文研究了双中子星并合后平均场$αΩ$-发电机的影响，推导了兼容数值相对论的GRMHD方程并提出启发式发电机闭合关系，发现该机制能显著放大磁场并驱动产生前兆耀斑及高电磁能通量，为短伽马射线暴提供能量。
2023-11-06 astro-ph.HE
Turbulence and Dynamo Interlinks
湍流在天体物理环境中的作用及其与磁场的相互作用仍然存在很大争议。在这个讲座中，我们将在发电机过程的框架中讨论这个问题。我们将首先介绍一个非常简短的总结湍流发电机理论，然后将集中在小尺度湍流发电机和它们的特殊相关性的起源和维持的磁场在星系团内介质（ICM）的星系。在这些环境中，非常低密度的流动需要无碰撞MHD处理。我们将展示这种方法在这些环境中的磁场的湍流放大的影响。最后，我们还将简要地讨论MHD湍流和快速磁重联之间的联系及其在发电机过程中磁通量扩散的可能影响。
2013-01-25 astro-ph.HE astro-ph.SR
Magnetic field amplification in accretion discs around the first stars: implications for the primordial IMF
磁场在现代分子云的动力学中起着重要的作用。最近的研究表明，磁场对形成宇宙中第一批恒星的原始云同样重要。虽然宇宙尺度上的原始磁场强度在很大程度上是不受约束的，但理论模型强烈表明，在早期宇宙中存在一个弱的种子场。我们研究了这样一个弱场的放大如何影响第一恒星周围吸积盘的演化，从而影响原始初始质量函数（IMF）。我们进行了一套三维理想磁流体动力学（MHD）模拟与不同的初始场强和数值分辨率。我们发现，在模拟具有足够的空间分辨率，以解决在崩溃的金斯尺度，即使最初弱磁场指数增长，成为动态的重要性，由于这两个所谓的“小规模的湍流发电机”和“大规模的平均场发电机”。捕捉小尺度的发电机动作主要取决于我们如何解决牛仔裤长度，而捕捉大尺度的发电机取决于牛仔裤分辨率以及最大绝对分辨率。提供足够的分辨率，我们发现，碎片并不强烈依赖于初始场强，因为即使是弱场增长成为强大的。然而，在有磁场的运行中的碎裂与没有磁场的运行中的碎裂显著不同。我们的结论是，在第一批恒星形成过程中，动态强磁场的发展可能是不可避免的，这些领域有一个显着的影响，原始IMF。
2021-02-22 astro-ph.GA astro-ph.HE astro-ph.SR
MRI-driven $αΩ$ dynamo at high Pm numbers
本研究通过分层剪切盒模拟和新技术计算发电机系数，探讨了高磁普朗特数区间下 MRI 驱动的 $αΩ$ 发电机机制，发现平均磁场及发电机系数随 Pm 增加而增强，使发电机周期缩短、增长率加快，预测磁场放大应至少增加约 5 倍。
2025-01-09 astro-ph.HE astro-ph.SR
A new scenario for magnetar formation: Tayler-Spruit dynamo in a proto-neutron star spun up by fallback
磁星是孤立的年轻中子星，其特征是宇宙中已知的最强磁场。它们的磁场的起源仍然是一个具有挑战性的问题。发电机作用的原位磁场放大是在快速旋转的祖细胞中产生超强磁场的一个很有前途的过程。然而，目前还不清楚是否拥有快速核心旋转的祖先的分数足以解释整个磁星人口。为了解决这一点，我们提出了一个新的磁星形成的方案，其中一个缓慢旋转的原中子星旋转的超新星回落。我们认为，这可能会引发泰勒-斯普鲁特发电机的发展，而其他发电机过程是不受欢迎的。使用以前的工作，这个发电机和模拟的特点回落，我们推导出方程模型的耦合演化的原中子星旋转和磁场。他们的时间积分不同的后备群众成功地比较分析估计的放大时间尺度和饱和值的磁场。我们发现，在核心反弹后的$20$到$40$ s内的磁场被放大，并且径向磁场在强度$10^{14}-10^{15}$ G处饱和，因此跨越磁星的偶极磁场的全部范围。我们还比较了两个建议的饱和机制的预测表明，类磁星的磁场可以产生的中子星旋转到旋转周期$\lesssim8$ ms和$\lesssim28$ ms，对应于回退群众$\gtrsim4\times10^{-2}{\rm M}_{\odot}$和$\gtrsim10^{-2}{\rm M}_{\odot}$。因此，我们的研究结果表明，磁星可以形成从慢旋转的祖先兼容最近的超新星模拟的后备群众，并导致合理的初始旋转周期的原中子星。
2022-10-19 astro-ph.HE astro-ph.SR
The Efficiency of Magnetic Field Amplification at Shocks by Turbulence
湍流发电机场放大经常被用来解释超新星激波（$\sim 100 \, μ$ G）和星系团射电遗迹（$\sim μ$ G）中薄边缘的强场强。我们提出了高分辨率的MHD模拟的冲击前湍流，结块和冲击之间的相互作用，量化的条件下，湍流发电机放大可以是显着的。我们展示了数值收敛的场放大与阿尔文马赫数，$B/B_0 \propto {\mathcal M}_{\rm A}$，高达${\mathcal M}_{\rm A} \sim 150$的规模。这意味着冲击后场强相对独立于种子场。放大在低${\mathcal M}_{\rm A}$时由压缩主导，在高${\mathcal M}_{\rm A}$时由拉伸（湍流放大）主导。对于高$\mathcal{M}_{\rm A}$，$B$场呈指数增长，并在湍流均分时饱和，而涡量在激波处急剧跳跃，随后衰减;所产生的场主要沿激波法线取向（这种效应只在三维而非二维中明显）。这与超新星遗迹中的径向场偏差一致。相比之下，对于低$\mathcal{M}_{\rm A}$，场放大主要是压缩的，相对适度，并且导致主要垂直的场。后者与射电遗迹中的极化现象相一致。我们的结果是相对稳健的气体聚集的假设水平。我们的研究结果意味着，湍流发电机可能是重要的超新星，但只符合场强，而不是几何形状，集群无线电遗迹。对于后者，这意味着强预先存在的$B$ -字段在周围的集群郊区。
2016-10-12 astro-ph.CO astro-ph.HE
Cosmic-ray driven dynamo in the medium of irregular galaxy
本文研究了宇宙线驱动的不规则星系星际介质发电机。Chyzy等2000、2003年的观测表明，不规则星系中存在磁场，其值达到与旋涡星系相同的水平。而不规则星系的介质条件由于自转慢、剪切率低，对磁场的放大非常不利。本文提出了不规则星系中星际介质的数值模型。该模型包括由随机超新星爆炸提供的星际介质中的宇宙射线驱动的磁流体动力发电机。我们描述的模型，其特征在于不同的剪切和旋转。我们发现，即使是低速的银河系旋转和低剪切率也会放大磁场。模拟结果表明，大量的磁能流出模拟区域，成为星系际磁场的有效来源。
2009-01-12 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
Efficient highly-subsonic turbulent dynamo and growth of primordial magnetic fields
我们提出的第一个研究的放大磁场的湍流发电机在高亚音速制度，与马赫数范围从$10^{-3}$到$0.4$。我们发现，对于较低的马赫数，发电机的饱和效率，$(E_{\mathrm{mag}}/E_{\mathrm{kin}})_{\mathrm{sat}}$，随着马赫数的减少而增加。即使在能量注入完全通过纵向强迫模态的情况下，在马赫数为$10^{-3}$时，也是$(E_{\mathrm{mag}}/E_{\mathrm{kin}})_{\mathrm{sat}}$ $\gtrsim 10^{-2}$。我们将我们的结果应用于早期宇宙的磁场放大，并预测湍流发电机可以将原始磁场放大到$\gtrsim$ $10^{-16}$高斯（规模高达0.1 pc）和$\gtrsim$ $10^{-13}$高斯（规模高达100 pc）。这产生的磁场与从耀变体$γ$射线观测中推断出的星系际磁场的下限相一致。
2021-01-20 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Lagrangian statistics of a shock-driven turbulent dynamo in decaying turbulence
在超新星激波和星系团中观测到$n$ G级的小尺度波动磁场，其放大可能是由比尔曼电池机制引起的。然而，如果没有湍流发电机，这些磁场就不能进一步放大，湍流发电机通过拉伸-扭曲-折叠（STF）机制产生磁能。因此，我们在这里提出了新的三维磁流体动力学（MHD）模拟的激光驱动的冲击波传播到分层，多相介质，调查后冲击波湍流磁场放大通过湍流发电机。这里使用的配置目前正在国家点火装置（NIF）的激波风洞中进行测试。为了探索激波后湍流区的统计特性，我们使用$384 \times 512 \times 384$示踪剂通过拉格朗日框架跟踪其演变，从而提供了一个高保真的分析冲击介质。我们的模拟表明，磁场的增长，伴随着近萨夫曼动能衰减（$E_{\textrm{kin}} \propto t^{-1.15})$没有湍流驱动，表现出略有不同的特性相比，周期性的盒子模拟。在其演化过程中似乎不存在明显的阶段，因为在湍流衰减过程中观察到磁场放大的激波通道和时间非常短（湍流翻转时间的$\sim\!0.3$）。然而，增长率仍然是一致的压缩（无卷曲）湍流驱动亚音速，可压缩湍流的预期。唯象理解的磁场和速度场的动态也阐明通过拉格朗日频谱，这是一致的预期的惯性范围缩放的欧拉-拉格朗日桥。
2023-02-16 astro-ph.GA astro-ph.HE astro-ph.SR
MRI-driven $α-Ω$ dynamos in protoneutron stars
磁星是一种高度磁化的中子星，可以产生X射线和软伽马射线辐射，其偶极子为$10^{14}$ G到$10^{15}$ G。快速旋转的质子中子星（PNS）的磁共振成像（MRI）对磁场的放大是解释磁星形成的一个很有前途的机制。最近的全球模型支持这种情况，表明小尺度湍流可以产生具有磁星强度的偶极子。然而，浮力和密度分层对MRI产生偶极子的效率的影响仍然是未知的。我们评估的密度和熵的配置文件的MRI发电机在一个全球性的快速旋转的PNS模型，它侧重于其外部分层区域，是稳定的对流的影响。使用伪谱码MagIC，我们进行了三维Boussinesq和滞弹性MHD模拟在球形几何与显式扩散。我们进行了参数研究，在其中我们调查不同的近似和热扩散的效果。我们得到一个自我维持的湍流MRI驱动发电机。这证实了我们以前的大部分不可压缩的结果，一旦密度重新缩放。MRI还产生非主导赤道偶极子，其代表平均磁场强度的约4.3%。有趣的是，在存在密度梯度的情况下，轴对称磁场在大尺度下随时间振荡，这可以被描述为平均场$αΩ$发电机。浮力在赤道平面中抑制湍流，但总体上具有相对较弱的影响，具有实际的高热扩散。我们的研究结果支持MRI产生类磁铁大规模磁场的能力。他们还预测了质子中子星中存在一个$αΩ$发电机，这对模拟核心坍缩超新星中的原位磁场放大可能很重要。[删节]
2022-09-21 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.flu-dyn
Turbulence and magnetic field amplification from spiral SASI modes in core-collapse supernovae
定常吸积激波不稳定性（SASI）在核心坍缩超新星（CCSNe）爆炸阶段的现代模拟中起着核心作用。它可能是实现中微子动力爆炸的关键，并可能与中微子的出生特性（例如，反冲、自旋和磁场）到超新星动力学。使用高分辨率的磁流体动力学模拟，我们研究了湍流的发展，和随后的放大磁场在一个简化的模型后反弹的核心坍缩超新星环境。湍流是由SASI引起的二次不稳定发展而来的。我们的模拟表明，湍流的发展起着重要的作用，为随后的演变的SASI。湍流还通过一个小规模的发电机来放大微弱的磁场。
2012-03-16 astro-ph.HE astro-ph.SR
Ill-posedness of the mean-field dynamo equations with a linear electromotive force
证明了当电动势线性依赖于磁场时，非相对论性磁发电机方程的初值问题是不适定的。这一结果意味着磁能的增加不一定来自物理放大机制，因为某些磁模式可以随波频的增加而任意增长，尽管有任何类似发电机的过程。因此，直到这个顺序，理论是不适合天体物理模拟。然后，我们研究的情况下，电动势是线性的磁场衍生物，所产生的系统有一个适定性的问题。最后，我们将适定理论应用到无力区，并通过分析磁螺旋度的演化，找到了相应的磁能的界。
2021-11-17 astro-ph.HE
High-order schemes for non-ideal $3+1$ GRMHD: a study of the kinematic dynamo process in accretion tori
我们提出了第一个天体物理应用的ECHO代码在其最近的版本补充了广义欧姆定律，即在厚吸积盘发电机效应的运动学研究。在$3+1$ \emph{General Relativistic MagnetoHydroDynamics}（GRMHD）中实现并验证了高阶\emph{implicit-explicit}龙格-库塔时间步进例程。该计划被应用到一个差动旋转环面轨道的克尔黑洞，平均场发电机过程导致种子磁场的强烈放大。我们表明，之间的相互作用的环形和极向分量发生定性在相同的方式在太阳，蝴蝶图再现，和一个典型的时间尺度的场演化被发现，根据发电机和电阻率的数字，这可以解释周期性观察到的几个吸积系统。
2014-01-14 astro-ph.HE
Primordial Magnetic Field Amplification from Turbulent Reheating
分析了随机大尺度运动发电机在再加热过程中原始磁场放大的可能性。考虑与引力最小耦合的带电标量场。在膨胀期间，这个场被假定为处于真空状态。在过渡到再加热时，场的状态变为多粒子/反粒子状态。我们把这种状态描述为一个平均速度为零但速度场为随机的流体流。我们计算尺度相关的雷诺数$% Re(k)$，和湍流衰减的特征时间，$t_{d}$和对湮灭$t_{a}$，发现$t_{a}<< t_{d}$。我们计算的均方根值的动力学螺旋度的流动规模$\mathcal{L}$，并表明它不会消失。我们使用这个结果来估计种子场的随机运动发电机方程的放大因子。虽然这种效应很弱，但它表明宇宙磁场从再加热到星系形成的演化过程可能比简单的通量冻结所决定的要复杂得多。
2010-07-05 astro-ph.HE hep-ph physics.plasm-ph
Cosmic-ray driven dynamo in galactic disks
我们提出了新的发展，宇宙射线驱动，银河发电机，建模的直接，电阻CR-MHD模拟，ZEUS和PIERNIK代码进行。发电机的作用，导致放大的大尺度星系磁场的星系旋转时标，出现作为一个结果，星系的差异旋转，浮力的宇宙线分量和电阻耗散的小尺度湍流磁场。我们的新结果包括证明由超新星遗迹中提供的宇宙射线驱动的全球-银河发电机作用。新的一系列全球星系发电机模型的一个重要成果是气体湍流能量与磁场能量和宇宙线能量均分，在大星系尺度上的发电机饱和状态。
2008-12-31 astro-ph.GA astro-ph.HE
Enhanced Magnetic Field Amplification by Ion-Beam Weibel Instability in Weakly Magnetized Astrophysical Shocks
本文研究弱磁化激波中离子束韦贝尔不稳定性，发现背景磁场会显著影响其演化，并通过粒子模拟揭示磁化电子情形下存在类发电机磁场放大机制，最终引发自发磁重联，适用于年轻超新星遗迹激波。
2023-12-13 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Long-term evolution of neutron-star merger remnants in general relativistic resistive-magnetohydrodynamics with a mean-field dynamo term
在完全广义相对论下，对由大质量中子星和由双中子星合并形成的环面组成的系统进行了长期中微子辐射连续磁流体动力学模拟。模拟是在轴对称结合一个平均场发电机项假设放大的磁场强度。我们首先通过比较黑洞-盘系统演化的结果与粘性流体力学的结果来标定平均场发电机参数。然后，我们进行模拟的系统的残余大质量中子星和环面。在粘性流体动力学的情况下，质量喷射主要发生在围绕着大质量中子星的环面上。在新的模拟中的总喷出物的质量和电子分数是类似的粘性流体动力学的情况下。然而，全球磁场引起的磁流体动力学效应可以显著提高喷出物的速度。
2021-09-17 astro-ph.HE
MHD accretion-ejection: jets launched by a non-isotropic accretion disk dynamo. I. Validation and application of selected dynamo tensorial components
天体物理喷流是从强磁化系统中发射出来的，强磁化系统中有一个围绕着中心物体的吸积盘。喷流发射磁场的来源是吸积-抛射过程模拟中的一个悬而未决的问题。在这里，我们解决的问题，如何产生的吸积盘磁化和喷射发射所需的场结构。应用PLUTO程序，我们提出了第一个电阻MHD模拟喷射发射包括一个非标量吸积盘平均场$α^2Ω$发电机在大规模磁盘射流模拟的背景下。从本质上讲，我们发现$α_ϕ$ -发电机组件确定的极向磁场，这是严格相关的磁盘磁化的放大（并且，因此，影响喷射速度、质量和准直），而$α_R$和$α_θ$ -发电机组件触发在盘中形成多个反对齐的磁环，对盘-喷射系统的稳定性和动力学具有强烈的影响。特别地，这样的环触发发电机低效区的形成，其特征在于弱磁场，因此磁扩散率的值较低。发电机低效区的形成对射流质量、速度和准直性有很大的影响。此外，当与种子磁场的非径向分量相互作用时，$α$发电机的$θ$分量起关键作用。我们还提出了磁盘玩具发电机系数的强度和发动机的动力学参数之间的相关性。
2020-07-30 astro-ph.HE
Cosmic ray current-driven turbulence and mean-field dynamo effect
我们表明，α效应是由宇宙线贝尔不稳定性激发左右不对称湍流。阿尔芬波的一个优选的偏振有最大的螺旋运动，因为每个模式的横向运动是平行于它的旋度。我们展示了如何大规模的阿尔芬模式，当呈现不稳定的宇宙射线流，可以创建新的净通量在任何有限的区域，在原来的大规模领域的方向。我们进行直接数值模拟（DNS）的MHD流体与强迫宇宙线电流和使用测试场的方法来确定α效应和湍流磁扩散率。根据DNS，不稳定性的动力学过程有以下几个阶段：（i）在早期阶段，小尺度Bell不稳定性被激发，导致小尺度湍流的产生，（ii）在中期阶段，大尺度磁结构的形成;（iii）最后，准定常大尺度湍流以与发电机不稳定性预期的增长率相当的增长率形成，但其在更长时间尺度上的幅度仍不清楚。DNS的结果与理论估计符合得很好。有人建议，这种发电机是什么给弱磁化相对论冲击，如那些从伽马射线暴的宏观相关长度。它也可能是重要的大规模磁场放大与宇宙射线的生产和扩散冲击加速超新星遗迹（SNR）和冲击波从伽马射线暴。贝尔湍流对SNR的磁场放大作用是显著的，但由于超阿尔文膨胀的残余物可用的时间有限，这种放大作用是有限的。的机制的有效性被证明是依赖于冲击速度。
2012-04-19 astro-ph.HE
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
Magnetic field amplification and evolution in turbulent collisionless MHD: an application to the ICM
ICM中观测到的磁场的放大和维持通常归因于湍流发电机作用。这通常是由采用碰撞MHD模型。然而，在ICM的离子碰撞之间的平均自由程的动力学尺度的顺序，因此需要一个无碰撞的MHD描述。与碰撞MHD模拟不同，我们的研究使用相对于局部磁场方向的各向异性等离子体压力，这使得等离子体在参数空间内发生无碰撞不稳定性。在所采用的模型中，这些不稳定性通过压力各向异性的弛豫项包含在海湾中，该弛豫项模拟了镜像和消防水龙带不稳定性的反馈。这种弛豫的作用是得到与无碰撞等离子体的经验研究相一致的等离子体分布函数。我们的三维数值模拟的强迫跨音速湍流的激励下的湍流ICM的建模进行了不同的初始值的磁场强度，和不同的压力各向异性的弛豫率。我们发现，在对应于ICM条件的高β等离子体制度，快速各向异性弛豫速率给出的结果是类似的碰撞MHD模型的湍流的统计特性而言。此外，种子磁场的放大，由于湍流发电机的行动是类似的碰撞MHD模型。我们的模拟不采用各向异性弛豫显着偏离碰撞MHD的结果，并显示更多的权力在小尺度的波动的密度和速度代表的结果的不稳定性。对于这些模拟，磁场中的大尺度波动大部分被抑制，并且湍流发电机在放大种子磁场方面失败。
2013-05-24 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Amplifying magnetic fields of a newly born neutron star by stochastic angular momentum accretion in core collapse supernovae
我提出了一个新的机制，以提高磁场放大新诞生的中子星在核心坍缩超新星。在这种机制中，它在抖动喷流爆炸机制中运行，并在湍流对规则磁场的放大之上，核心坍缩超新星中随机角动量的吸积形成了具有强初始磁场但旋转缓慢的中子星。吸积气体的角动量变化是抖动喷流爆炸机制所特有的，它对中子星表面附近的吸积质量的磁场施加了一个变化的方位角切变。我认为，这可以形成一种放大效应，我称之为随机欧米茄（S $ω$）效应。在普通的$αω$发电机中，旋转具有恒定的方向和值，因此提供恒定的方位角剪切，而对流具有随机行为。在S $ω$发电机中，随机角动量不同于湍流，因为它在大尺度上运行，并且它不同于规则的旋转剪切，因为它是随机的。基本的假设是，由于角动量轴的方向从一个吸积插曲到下一个，吸积插曲的旋转流拉伸磁场，在前一个插曲放大。我估计单独的S $ω$发电机的放大因子为$\approx 10$。我推测，S $ω$效应解释了最近的一项发现，即许多中子星生来就具有强磁场。
2019-08-22 astro-ph.HE
Magnetic Field Amplification by Turbulence in A Relativistic Shock Propagating through An Inhomogeneous Medium
我们进行二维相对论性磁流体动力学模拟的温和相对论性冲击波通过非均匀介质传播。结果表明，激波后区域由于激波前密度的不均匀性而变得湍流，由于湍流速度场中磁力线的拉伸和折叠，磁场被强烈放大。在二维模拟中，放大的磁场演变成一个连续的结构。磁能谱比Kolmogorov谱平坦，表明在震后区域发生了所谓的小尺度发电机。我们还发现，磁场放大的量取决于平均震前磁场的方向，和磁场增长的时间尺度取决于冲击强度。
2010-11-08 astro-ph.HE
Turbulent Dynamo Action in Binary Neutron Star Mergers
The Pennsylvania State University（宾夕法尼亚州立大学）；Institute for Advanced Study（高等研究院）
研究双中子星并合中磁场的湍流放大机制及其对后续演化的影响。
2026-09-24 astro-ph.HE gr-qc
Producing Magnetar Magnetic Fields in the Merger of Binary Neutron Stars
双星合并会导致流体中湍流和不稳定性的发展，如开尔文-亥姆霍兹剪切不稳定性，从而导致磁场的大幅放大，从而驱动小尺度发电机活动。为了正确地解决这种不稳定性，并获得正确的磁场放大，需要采用的决议，目前是不可行的全球广义相对论磁流体动力学（GRMHD）模拟的BNS合并。在这里，我们提出了一个亚网格模型，允许全球模拟考虑到小规模的放大的磁场，这是由发展中国家合并的湍流。假设发电机饱和，我们表明，磁级场（$\sim 10^{16}\,{\rm G}$）可以很容易地达到，因此，预计从合并磁化BNS。总的磁能可以达到$\sim 10^{51}\,{\rm erg}$，因此合并后的残余物可以发出强烈的电磁信号，并可能产生短暂的伽马射线暴。
2015-09-08 astro-ph.HE gr-qc
Vortical field amplification and particle acceleration at rippled shocks
超新星遗迹（SNRs）冲击被认为会加速带电粒子，并在冲击后的气流中产生强烈的湍流。根据过去十年的高能观测，已经推断出SNR激波处的磁场大大超过激波压缩的星际场。我们概述了如何从一个小规模的发电机过程下游的冲击，提供了一个明确的表达湍流反反应的流体旋转这样的字段放大结果。通过合理的星际湍流参数，可以得到$X-$射线环的空间尺度和短时变。我们表明，这样的涡旋场饱和比同步加速器发射高能电子的加速时间更快。
2013-11-18 astro-ph.GA astro-ph.HE physics.plasm-ph
Fluctuation Dynamo in Collisionless and Weakly Collisional Magnetized Plasmas
在弱碰撞的天体物理等离子体中，如星系团的团内介质中，宇宙磁场的混沌流体运动的放大受到磁场排列的压力各向异性的绝热产生的阻碍。这种各向异性驱动了平行于磁场的粘性应力，抑制了等离子体拉伸磁场线的能力。我证明，通过使用动力学模拟，在高$β$等离子体，动力学离子拉莫尔尺度不稳定性切断热压力和磁压力之间的绝热联系，减少这种粘性应力，从而使发电机操作。两个不同的制度的波动发电机在磁化等离子体中确定：一个在这些不稳定性有效地调节压力各向异性和一个在这种调节是不完善的。我阐明了这些动力学不稳定性的等离子体粘度的作用，并确定如何的字段和流量的自我组织，让发电机在面对平行的粘性应力。在有效的压力各向异性调节的情况下，等离子体发电机非常类似于其更传统的Pm ~ 1 MHD对应物。当调节不完善时，发电机表现出与磁流体发电机饱和状态下的特征显着相似的特征。一套新的微观物理封闭流体模拟，桥梁这两个制度的构建，表现出爆炸性的磁场增长所造成的场强依赖性粘度。发电机在无碰撞和弱碰撞等离子体，然后密切比较彼此，揭示了实质性的差异，如何子平行粘性运动的行为。前者（无碰撞）的情况下，经历了一系列的拉伸运动，以子拉莫尔尺度，导致越来越快的发电机作为磁雷诺数增加。
2019-12-23 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Magnetohydrodynamic turbulence and turbulent dynamo in a partially ionized plasma
天体物理学中的流体是湍流的、磁化的，并且经常是部分电离的。作为天体物理学湍流的一个例子，星际湍流在非常大的空间尺度范围内延伸，并参与发生在不同尺度范围内的关键天体物理过程。本世纪以来，人们对磁流体动力学（MHD）湍流的认识取得了重大进展，这使我们能够更好地描述磁化和部分电离等离子体中的湍流。事实上，MHD湍流物理的现代革命性图景促进了各个理论领域的发展，包括耗散MHD湍流的阻尼过程和产生MHD湍流的发电机过程，这些理论领域具有许多重要的天体物理意义。本文回顾了我们最近的一些重要的理论工作，以证明部分电离气体中MHD湍流和湍流发电机性质之间的相互联系。本文还简要介绍了修正后的基本过程对宇宙早期和现代磁重联、宇宙线散射、磁场放大等突出天体物理问题的影响。
2018-10-18 astro-ph.GA astro-ph.HE physics.plasm-ph
Fluctuation dynamo in a weakly collisional plasma
宇宙磁场的湍流放大取决于宿主等离子体的材料性质。在许多热的、稀薄的天体物理系统中，如星系团的团内介质（ICM），粒子间碰撞的罕见性使得偏离局部热力学平衡。这些偏离对等离子体运动施加各向异性粘性应力，抑制其拉伸磁场线的能力。本文利用磁流体力学（MHD）方程组，考虑场平行粘性（Braginskii）应力，对弱碰撞等离子体中的涨落发电机进行了数值研究。当应力被限制在与由消防水管和镜像不稳定性调节的压力各向异性相一致的值时，Braginskiii-MHD发电机在很大程度上类似于它的MHD对应物。相反，如果平行的粘性应力保持不变--这种情况与最近波动发电机的动力学模拟和磁化ICM中发电机的早期阶段有关--发电机改变其特性，放大磁场，同时表现出大普朗特数（${\rm Pm}\gtrsim{1}$）MHD发电机饱和状态的许多特性。我们构建了一个分析模型的Braginskiii-MHD发电机在这个政权，成功地匹配磁能谱。这个模型的预测，证实了我们的模拟，是一个Braginskiii-MHD等离子体没有压力各向异性限制器将不支持发电机，如果垂直和平行的粘度的比例太小。该比率反映了场线拉伸和混合的相对允许速率，后者促进了磁场的电阻耗散。在所有的情况下，确实表现出发电机，所产生的磁场被组织成褶皱，坚持到饱和状态和偏置的混沌流，以获得尺度相关的光谱各向异性。
2020-07-13 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Dynamo instabilities in plasmas with inhomogeneous chiral chemical potential
我们研究了手征磁流体力学中磁场的动力学，它考虑了高能等离子体中与手征磁效应有关的附加电流的影响。我们进行直接的数值模拟，考虑弱种子磁场和手性化学势μ_5与零平均的不均匀性。我们表明，一个小规模的手征发电机可以发生在这样的等离子体中，如果波动的μ_5的长度尺度上，是远远大于发电机增长率达到最大值的规模相关。由于小尺度的手征发电机不稳定性，磁涨落增长了许多数量级。一旦产生的磁场对μ_5波动的非线性反作用开始，这些尺度的比率就会减小，发电机就会饱和。当磁波动增长到足以通过洛伦兹力达到最大场强之前驱动湍流，一个额外的平均场发电机阶段被确定。平均磁场在波动分量的放大饱和之后以大于湍流的积分尺度的尺度增长。平均磁场的增长率是由与电流螺旋度成比例的磁α效应引起的。随着湍流的开始，μ_5的功率谱发展出与其初始形状无关的普适k^（-1）标度，而磁能谱则接近k^（-3）标度。
2022-02-12 astro-ph.CO astro-ph.HE physics.flu-dyn
Fluctuation Dynamo in a Collisionless, Weakly Magnetized Plasma
本文给出了无碰撞、弱磁化等离子体中涨落发电机的数值研究结果。这个发电机和它的磁流体动力学（MHD）对应物之间的关键区别是由一个弱种子场的放大磁场对齐的压力各向异性的绝热生产。这反过来又驱动了离子拉莫尔尺度上的动力学不稳定性-也就是消防管和镜子-切断了热压力和磁压力之间的绝热联系，从而允许发电机继续运转。在由这些不稳定性驱动的快速增长的初始阶段之后，磁能呈指数增长，并表现出在电阻标度附近达到峰值的$k^{3/2}$谱，类似于大磁普朗特数（$\mathrm{Pm}\gg{1}$）MHD发电机。磁场自组织成一个折叠的片状拓扑结构，方向反转的电阻规模和磁场线弯曲的平行规模的流动。有效的$\mathrm{Pm}$取决于离子拉莫尔标度是高于还是低于场反转标度：在前一种情况下，粒子经历玻姆样扩散;在后一种情况下，粒子主要散射离开位于磁褶皱末端的消防水管波动，粘度变得各向异性。磁场最终在动力学强度下饱和，其谱峰向更大尺度迁移。这个特征，加上磁场强度和磁力线曲率的反相关性，以及磁片逐渐变薄成带状，类似于大型$\mathrm{Pm}$发电机的饱和状态，主要区别体现在消防水管/镜像不稳定区域。这些结果对磁场在弱碰撞的星系团内介质中的增长具有一定的意义。
2018-07-27 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Turbulent magnetic field amplification in binary neutron star mergers
磁场被认为在两颗中子星合并的动力学和抛射机制中起着关键作用。广义相对论磁流体动力学（MHD）模拟提供了一个独特的机会，解开正在进行的物理过程的细节。然而，目前的数值研究受到严重限制的事实是，任何负担得起的决议仍然不足以完全捕获的小规模发电机，最初由开尔文-亥姆霍兹不稳定性引发，后来来源于几个磁流体动力学过程，涉及差分旋转。在这里，我们减轻了这种限制，通过使用显式大涡模拟，一种技术，其中未解决的动态发生在亚网格尺度（SGS）的额外条款，这是解决领域及其衍生物的功能建模。高阶数值格式、高分辨率和梯度SGS模型的结合使我们能够捕捉到双星中子星合并过程中产生的小尺度发电机。在这里，我们遵循合并后的第一个50毫秒，第一次，我们发现数值收敛的磁场放大，在空间尺度上的综合能量和光谱分布。我们还发现，在合并后的$5$ ~ms左右，残余物中的磁场的平均强度在$\sim 10^{16}$ ~G处饱和。在$20-30$ ~ms之后，环形和极向磁场分量都连续增长，由提供缓慢逆级联的绕组机构馈送。我们没有发现磁旋转不稳定性的明确线索，也没有显着的影响，磁场的角动量在我们的模拟中的残余物的重新分配，可能是由于非常动荡和动态拓扑结构的磁场在所有阶段，与小规模的组件在很大程度上占主导地位的大规模。
2022-07-03 astro-ph.HE gr-qc
Covariant and 3+1 Equations for Dynamo-Chiral General Relativistic Magnetohydrodynamics
相对论等离子体中初始种子磁场的指数放大是天体物理学中的一个重要课题，从早期宇宙的条件到中子星的内部。虽然湍流等离子体中的发电机作用经常被引用，但近年来一种新的量子起源机制越来越受到关注，即手征磁效应（CME）。这一点在半金属中已经被发现，而且很可能在重离子碰撞实验中形成的夸克-胶子等离子体中也有作用，在那里产生了自然界中最高的磁场，高达B~ 10 ^18 G。这种效应预计将生存，即使在大的流体力学/MHD尺度，它是基于手性异常，由于左，右手相对论费米子之间的不平衡的组成等离子体。这种不平衡导致了与外部磁场平行的电流，这与经典MHD中α发电机作用的机制完全相同。在这里，我们延伸的手征和发电机效应之间的密切平行相对论等离子体，我们提出了一个统一的，完全协变的制定广义欧姆定律。此外，我们首次推导了3+1广义相对论MHD方程的手征等离子体在平坦和弯曲的时空，鉴于在紧凑的对象，特别是磁星的CME的数值研究，或发电机，CME和重联的非理想磁效应之间的相互作用。
2018-06-19 astro-ph.HE gr-qc hep-th
Shock acceleration with oblique and turbulent magnetic fields
我们调查冲击波加速在一个现实的天体物理环境与密度不均匀性。由激波前兆与上游密度波动的相互作用引起的湍流通过湍流发电机放大上游和下游磁场。电动机放大的湍流磁场（a）沿激波面引入激波折射率的变化，（b）通过激波漂移和扩散过程的组合实现能量增益，（c）引起加速粒子的各种光谱指数，（d）调节平行于和垂直于磁场的粒子扩散，以及（e）增加激波加速效率。我们的研究结果表明，上游密度不均匀性和发电机放大的磁场冲击加速起着重要的作用，因此冲击加速取决于周围的星际环境的条件。本文还讨论了这一结果对理解超新星遗迹射电谱的意义。
2021-11-08 astro-ph.HE physics.plasm-ph physics.space-ph
