Can non-ideal magnetohydrodynamics solve the magnetic braking catastrophe?
我们调查分子云核心的低电离分数是否可以解决“磁制动灾难”,其中磁场防止年轻恒星周围的星周盘的形成。我们进行三维平滑粒子非理想磁流体动力学(MHD)模拟的引力坍缩的一个太阳质量的分子云核心,将双极扩散,欧姆电阻率和霍尔效应的影响,以及自洽的计算电离化学假设0.1微米的颗粒。当仅包括双极扩散或欧姆电阻率时,在存在强磁场的情况下不会形成盘,类似于使用理想MHD的情况。由于霍尔效应的存在,圆盘的形成取决于磁场相对于气体云旋转矢量的方向。当矢量对齐时,发生强磁制动并且不形成盘。当矢量反对齐时,即使在强磁场中,当所有三个非理想项都存在时,也可以形成半径为13 AU的圆盘,并且当仅存在霍尔效应时,可以形成38 AU的圆盘;在这两种情况下,在第一个流体静力学核心周围形成反向旋转的包络。对于较弱的反排列场,霍尔效应产生的大质量圆盘与没有磁场时产生的圆盘相当,这表明通过引力不稳定性形成的行星形成可能取决于前体分子云核心中磁场的符号。
2016-01-13 astro-ph.SR
NICIL: A stand alone library to self-consistently calculate non-ideal magnetohydrodynamic coefficients in molecular cloud cores
本文介绍了Nicil:非理想磁流体力学系数和电离库。Nicil是一个独立的Fortran 90模块,用于计算欧姆电阻率、霍尔效应和双极扩散的非理想磁流体力学项的电离值和系数。该模块是完全参数化的,这样用户就可以决定包括哪些过程,并决定自由参数的值,使其成为一个通用和可定制的代码。该模块包括宇宙射线和热电离;前者包括两种离子种类和三种尘埃颗粒(带正电,带负电和中性),后者包括五种可以双重电离的元素。我们演示了该模块的测试,然后描述了如何将其实现到现有的数字代码中。
2016-09-06 astro-ph.IM astro-ph.SR
Generalized Cross Helicity in Non-ideal Magnetohydrodynamics
本文研究了非理想磁流体动力学(MHD)情形下拓扑不变量非正压广义交叉螺旋度的不变性。现有的工作只考虑了理想正压MHD和理想非正压MHD。非理想MHD的情况下,没有探讨可能是因为它的数学复杂性。在这里,我们考虑耗散过程的形式的热传导,有限的电导率和粘度和这些过程的交叉螺旋守恒的效果。采用解析方法得到了交叉螺旋度时间导数的数学表达式。结果表明,广义交叉螺旋度在非理想MHD极限下是不守恒的,并指出哪些过程影响螺旋度,哪些不影响。此外,我们指出的配置中,这个拓扑常数是保守的,尽管耗散过程。
2022-11-22 astro-ph.SR physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Protoplanetary disk size under non-ideal magnetohydrodynamics: A general formalism with inclined magnetic field
针对磁灾变阻碍开普勒盘形成的问题,本研究提出一个同时考虑垂直场和水平场的新模型,以探讨倾斜磁场和非理想磁流体力学效应对原行星盘大小的影响。
2024-01-05 astro-ph.EP astro-ph.SR
Dust coagulation and fragmentation in a collapsing cloud core and their influence on non-ideal magnetohydrodynamic effects
为了研究尘埃增长对非理想磁流体动力学效应的影响,我们采用单区模型,计算了尘埃凝聚和尘埃碎裂两种情况下,云核坍缩过程中尘埃粒子尺寸分布的时间演化。我们假设两种类型的尘埃模型:仅由硅酸盐组成的尘埃(硅酸盐尘埃)和表面被$\mathrm{H_{2}O}$冰覆盖的尘埃($\mathrm{H_{2}O}$冰尘埃)。当只考虑碰撞凝聚时,对于硅酸盐和$\mathrm{H_{2}O}$冰尘,非理想磁流体动力学效应在高密度区都不起作用。这是因为灰尘凝结减少了小灰尘颗粒的丰度,导致带电颗粒在灰尘表面上的吸附效率降低。对于硅酸盐尘埃的情况下,当碰撞碎裂包括在内,非理想的磁流体动力学效应适用于高密度的$n_{\mathrm{H}}>10^{12} \ \mathrm{cm^{-3}}$,因为大量生产的小尘埃颗粒。另一方面,对于$\mathrm{H_{2}O}$冰尘情况,由于碎裂而产生的小尘埃颗粒效率不高。因此,对于$\mathrm{H_{2}O}$冰尘的情况下,非理想的磁流体动力学效应只适用于范围$n_{\mathrm{H}}\gtrsim 10^{14} \ \mathrm{cm^{-3}}$,即使碰撞碎裂被认为是。我们的研究结果表明,有必要考虑尘埃碰撞凝聚和碎裂激活非理想磁流体动力学效应,这应该在恒星和磁盘形成过程中发挥重要作用。
2022-07-07 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.SR
Disc formation and fragmentation using radiative non-ideal magnetohydrodynamics
我们调查的形成和破碎的光盘使用一套三维平滑粒子辐射磁流体动力学模拟。我们的模型被初始化为1 M $_\odot$旋转Bonnor-Ebert球线程与均匀的磁场。我们研究的效果,包括理想和非理想的磁场,方向和强度的磁场,和初始旋转速率。我们遵循的引力坍缩和早期演化的每个系统,直到最终分类的原恒星盘可以确定。在我们的105个模型中,41个碎片,21个形成螺旋结构但不碎片,另外12个形成光滑盘。当初始旋转速率较快且磁场较弱时,更容易发生碎裂。对于更强的磁场强度,包括非理想的MHD促进磁盘的形成,其中几个模型的碎片,而他们的理想MHD同行没有。对于碎片化的模型,我们的参数与碎片化发生的地点或时间之间没有相关性。双极流出仅在17个型号中发射,这些型号具有最初平行于旋转轴的强磁场。反向旋转的信封形式在四个缓慢旋转,强场模型-包括一个理想的MHD模型-表明它们只形成在一小部分的参数空间调查。
2019-04-15 astro-ph.GA astro-ph.SR
Non-ideal magnetohydrodynamics vs turbulence I: Which is the dominant process in protostellar disc formation?
非理想磁流体动力学(MHD)是主导过程。我们调查的磁场(理想和非理想)和湍流(亚和transsonic)的形成,形成几乎同时形成的原恒星盘上的效果。这是通过模拟1~M $_\odot$气体云的引力坍缩来完成的,该气体云被磁场穿过并施加有旋转和湍流速度。我们调查的磁场是平行/反平行和垂直于旋转轴,两个转速和四个马赫数。盘形成优先发生在包括非理想MHD的模型中,其中磁场反平行或垂直于旋转轴。这是独立的初始旋转速率和湍流水平,表明亚音速湍流在影响盘的形成中起着最小的作用。除了第一核心流出的初始水平的湍流的影响,非理想的MHD过程中更重要的是比湍流过程中形成的磁盘围绕低质量的恒星。
2020-05-11 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.SR
The impact of non-ideal magnetohydrodynamic processes on discs, outflows, counter-rotation and magnetic walls during the early stages of star formation
非理想磁流体动力学(MHD)过程-即欧姆电阻率,双极扩散和霍尔效应-改变了恒星形成过程的早期阶段和周围环境。总的来说,它们已被证明可以促进椎间盘形成并促进或阻碍流出。但是,哪一个非理想过程的影响最大呢?使用三维平滑粒子辐射非理想MHD模拟,我们模拟的引力坍缩的旋转,磁化云通过第一流体静力学核心阶段后不久,形成的恒星核心。我们调查每个过程单独和集体的影响。与使用理想MHD相比,包括任何非理想过程在第一芯阶段期间将最大磁场强度减小至少一个数量级,并且促进磁壁的形成。当磁场和旋转矢量是反对齐的并且包括霍尔效应时,旋转支撑的$r \gtrsim 20$ ~au形式的盘;当仅包括霍尔效应并且矢量是对齐的时,反向旋转的伪盘形式不是旋转支撑的。旋转支撑的$r \lesssim 4$ ~Au形式的圆盘,如果仅包括欧姆电阻率或双极扩散。霍尔效应抑制第一个核心流出时,矢量是反对齐和抑制恒星核心流出独立的对齐。欧姆电阻率和双极扩散,促进第一个核心流出和延迟发射恒星核心流出。虽然每一个非理想的过程影响恒星的形成,这些结果表明,霍尔效应有最大的影响。
2021-08-05 astro-ph.GA astro-ph.SR
There is no magnetic braking catastrophe: Low-mass star cluster and protostellar disc formation with non-ideal magnetohydrodynamics
我们提出的结果,从第一辐射非理想磁流体动力学(MHD)模拟低质量恒星团簇形成,解决了破碎过程的不透明度限制。我们模拟了50~M的$_\odot$湍流云,初始时被强度分别为临界质量与磁通量比的3、5、10和20倍的均匀磁场穿过,在每种强度下,我们模拟了理想和非理想(包括欧姆电阻率、双极扩散和霍尔效应)的MHD云。湍流和磁场塑造了云的大尺度结构,无论采用理想还是非理想的MHD,都形成了类似的结构。在高密度($10^6 \lesssim n_{\rm H} \lesssim 10^{11}$ ~cm $^{-3}$)下,所有模型都具有相似的磁场强度与密度的关系,这表明致密核中的磁场强度与大尺度环境无关。尽管有限的统计数据,我们没有发现证据的初始质量函数的初始磁场强度的依赖性,然而,恒星形成率降低模型的初始磁场强度增加,例外的是最强的领域的情况下,崩溃主要发生沿场线。在所有的模型中,半径为$\gtrsim 20$ ~au的原恒星盘形成,表明盘的形成取决于气体湍流而不是磁场强度。我们没有发现磁制动灾难的证据,发现磁场并不阻碍原恒星盘的形成。
2019-08-08 astro-ph.GA astro-ph.SR
Do we need non-ideal magnetohydrodynamics to model protostellar discs?
我们调查和讨论的各种非理想磁流体动力学(MHD)过程是重要的原恒星光盘。我们发现,传统的图片磁化光盘(欧姆电阻率是占主导地位的中面附近,周围的区域占主导地位的霍尔效应,与双极扩散占主导地位的光盘的其余部分)是一个伟大的过度简化。在简单的参数化光盘,我们发现,霍尔效应是典型的占主导地位的长期在整个大部分的光盘。更重要的是,我们发现在我们的大部分参数化圆盘中,至少两个非理想过程的系数彼此相差10倍,这表明两者都很重要,并且命名一个主导项会低估其他项的重要性。在我们以前的研究中自洽形成的圆盘也由霍尔效应主导,双极扩散和霍尔系数的比率通常小于10,这表明这两个项同样重要,列出主导项是误导性的。一旦考虑到磁场几何形状,这些结论变得更加可靠。在协议的文献,我们回顾,我们得出结论,非理想的MHD过程是重要的形成和演化的原恒星盘。忽略任何非理想的过程,特别是双极扩散和霍尔效应,产生一个不正确的描述光盘的演变。
2021-01-11 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.SR
Global Simulations of the Vertical Shear Instability with Non-ideal Magnetohydrodynamical Effects
原行星盘(PPD)中的角动量输运机制和湍流水平对于理解行星形成的许多方面至关重要。近年来,人们认识到,由于非理想MHD效应,PPDs中的磁旋转不稳定性(MRI)趋于被抑制,盘在很大程度上是层流的,在磁化盘风的驱动下吸积。与此同时,已经确定了几种流体动力学机制,这些机制也可能产生剧烈的湍流并驱动盘吸积。我们研究的MHD风在PPD与垂直剪切不稳定性(VSI),最有前途的流体动力学机制之一,通过二维全球非理想MHD模拟与双极扩散和欧姆电阻率之间的相互作用。我们发现,对于典型的磁盘参数,MHD风可以共存的VSI吸积主要是风驱动伴随着剧烈的VSI湍流。VSI的属性仍然类似于未磁化的情况下,风和整体场的配置并没有强烈的影响VSI湍流,显示中等水平的可变性和中平面电流片的振荡。气体与磁场之间的耦合增强,削弱了VSI。随着磁化强度的增加,VSI也会减弱,我们发现VSI的周期性运动特征会转变为低振幅的呼吸模式振荡。
2020-01-29 astro-ph.EP astro-ph.SR
Non-ideal Magnetohydrodynamic Instabilities in Protoplanetary Disks: Vertical Modes and Reflection Asymmetry
本文用非理想MHD半解析线性扰动理论分析磁扩散率分层的原行星盘,发现反对称垂直模式持续增长并破坏赤道面反射对称,可解释单侧盘风与吸积外流不对称。
2024-07-03 astro-ph.EP astro-ph.SR
Behavior of thin disk crystalline morphology in the presence of corrections to ideal magnetohydrodynamics
我们分析了一个轴对称磁流体力学配置,描述了一个纯粹的差分旋转薄等离子体盘,其中线性和非线性扰动触发与微观磁结构的形态。我们研究了非定常修正在共旋条件(即,保持盘角速度对磁通量函数的依赖性),并忽略极向速度分量。我们在这里解决的主要特点是理想的(有限的电子惯性)和碰撞(电阻率,粘度和热导率)的影响的行为上的通量函数扰动和相关的小规模修改的磁盘。我们分析了两种不同的制度,其中电阻率或粘度占主导地位,并研究了相应的线性和非线性行为的扰动演化,即,当反向反应磁场可忽略或与背景磁场相当时,分别。我们表明,当电阻率占主导地位,径向振荡形态(晶体结构)出现,它原来是阻尼的时间,在线性和非线性制度,但在这样一种方式,所产生的瞬态可以实现在相关的天体物理过程的描述,例如,与射流形成或灾难性的变量。当粘性效应主导动力学时,只有非线性区域可用,并且触发非常快速的不稳定性。
2018-02-28 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Impact of turbulence intensity and fragmentation velocity on dust particle size evolution and non-ideal magnetohydrodynamics effects
该研究以湍流强度和尘埃碎裂速度为参数,分析恒星形成核坍缩阶段尘埃尺寸演化对非理想MHD效应的影响,还探究了尘埃成分的作用,并给出星周盘形成相关的参数约束。
2023-04-26 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.SR
Global Non-ideal Magnetohydrodynamic Simulations of Protoplanetary Disks with Outer Truncation
最近已经确定,原行星盘的演化主要是由磁化的盘风驱动的,需要大规模的磁通量穿过盘。与传统的粘滞膨胀相反,这种圆盘的大小预计会随着时间的推移而缩小。我们提出了第一个全球性的二维非理想磁流体动力学(MHD)模拟的原行星盘,在外径截断,旨在了解磁盘与星际环境的相互作用,以及全球的磁盘和磁通量的演变。我们发现,作为系统的放松,极向磁场线程磁盘以外的截断半径崩溃的中平面,导致快速重联。这个过程从系统中去除了大量的磁通量,并形成了以准稳态环绕外盘的闭合极向磁通量环。这些磁通量环可以驱动超出截断半径的膨胀,对应于通过磁化盘流出超出截断半径的大量质量损失,类似于粘性扩散和外部光蒸发的组合。随着时间的推移,磁通量环逐渐收缩,其速率取决于磁盘磁化水平和外部环境,最终决定了磁盘的长期演化。
2021-09-08 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.SR
Noether Currents for Eulerian Variational Principles in Non Barotropic Magnetohydrodynamics and Topological Conservations Laws
本文从理想非正压磁流体力学的欧拉变分原理出发,导出了一个Noether流。以前的研究表明,理想的非正压MHD在磁力线覆盖表面的情况下,在数学上等价于具有诱导几何结构的五函数场论,该理论可用变分原理描述。在这里,我们使用各种对称性的流动推导出拓扑常数的运动,通过推导出的诺特电流,并讨论其含义为非正压MHD。
2020-05-26 astro-ph.SR physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Formation of protostars and the launching of stellar core outflows with moving-mesh radiation non-ideal magnetohydrodynamics
Max-Planck-Institut für Astrophysik(马克斯·普朗克天体物理研究所);Excellence Cluster ORIGINS(ORIGINS 卓越集群);Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian(哈佛与史密森尼天体物理中心);Max-Planck-Institut für Extraterrestrische Physik(马克斯·普朗克地外物理研究所)
本文提出了一种基于移动网格的辐射非理想磁流体动力学方法,用于研究原恒星形成及核心喷流的发射,展示了高分辨率模拟的鲁棒性。
2025-12-20 astro-ph.GA astro-ph.SR
On the Sweet-Parker model for incompressible visco-resistive magnetic reconnection in two dimensions associated to ideal magnetohydrodynamic instabilities
在二维不可压缩磁流体力学框架下,我们重新研究了著名的磁重联的Sweet-Parker(SP)模型。通过考虑非零粘度,通过磁普朗特数$P_m$重新推导出稳态解。此外,与原始SP模型相反,特别注意流入磁场$B_e$和电流层$L$的长度不一定是固定的并且可以取决于耗散参数的可能性。使用两种不同的理想不稳定的设置,即倾斜和合并模式,形成电流片,我们数值探索的标度关系与电阻率$η$和普朗特数$P_m$在磁重联阶段,并比较了广义稳态SP理论解。通常的Sweet-Parker关系在小$P_m$和$η$值的限制下恢复,特别是归一化重连率简单地为$S^{-1/2} (1 + P_m)^{-1/4}$,其中$S$表示伦德奎斯特数$S = LV_A/η$($V_A$是特征阿尔文速度)。在较高$P_m$和/或$η$值的相反极限中,获得了与SP模型的显著偏差,其中根据所考虑的设置探索了复杂的依赖性$B_e (η, P_m)$。我们讨论了这些结果的重要性,以正确地解释许多指数增加的数值研究发表在文献中,目的是解释在日冕中观察到的爆发现象。
2022-01-04 astro-ph.SR hep-th
Moving-mesh non-ideal magnetohydrodynamical simulations of the collapse of cloud cores to protostars
本文利用动网格代码 AREPO 开展多化学模型、多几何构型的云核坍缩模拟,表明霍尔效应依磁场方向调控盘演化与外流,并在部分情形中主导非理想 MHD 过程。
2025-01-10 astro-ph.GA astro-ph.SR
Non-ideal magnetohydrodynamics of self-gravitating filaments
通过观测和模拟,对细丝进行了详细的研究。一系列的数值计算工作分别研究了化学和扩散效应,以及磁场和它们的结构如何影响灯丝的气体动力学。然而,迄今为止,几乎没有探索过非理想的效果。我们研究如何非理想磁流体动力学(MHD)效应,结合一个简化的化学模型影响恒星形成的灯丝的演化和吸积。我们使用lemongrab,一个一维(1D)非理想的MHD代码,包括化学模拟了一个吸积自引力湍流细丝。我们探讨了非理想磁流体动力学的影响,方向和强度的磁场,和宇宙射线电离率,对演变的灯丝,特别是侧重于宽度和吸积率。我们发现,细丝的宽度和吸积率是由磁场的性质,包括初始强度,与宇宙线电离率控制的气体的耦合,和相对于吸积流方向的磁场的取向决定。增加宇宙射线电离率导致的行为更接近理想的MHD,减少磁压力的支持,因此,阻尼吸积效率与随之而来的扩大的细丝宽度。基于同样的原因,当我们减小初始磁场强度时,我们得到了更窄的宽度和更大的吸积率。总体而言,虽然这些因素对最终结果的影响约为2倍,但去除非理想MHD效应会导致更大的变化(高达7倍)。包含非理想MHD效应和宇宙射线电离对于研究自引力细丝和确定关键的可观测量,如细丝宽度和吸积率是至关重要的。
2022-11-28 astro-ph.GA astro-ph.HE astro-ph.SR
Non-ideal magnetohydrodynamic simulations of the first star formation: the effect of ambipolar diffusion
在现今宇宙中,磁场在恒星形成过程中扮演着角动量输运和外流驱动的重要角色,它控制着星周盘的形成/碎裂以及恒星的形成效率。虽然在早期宇宙中只存在一个弱得多的场,但最近的理论研究发现,在引力坍缩期间,湍流发电机可以产生强场。在这里,我们调查的云核($\sim 10^{3}\ \rm cm^{-3}$)的引力坍缩到原恒星形成($\sim 10^{20}\ \rm cm^{-3}$)的非理想磁流体动力学(MHD)模拟考虑双极扩散(AD),占主导地位的非理想效应的原始气体。我们系统地研究了旋转云核,无论有或没有湍流,并与不同强度的均匀场渗透。我们发现,AD可以轻微地抑制发电机场的增长,特别是在小于琼斯尺度的密度范围$10^{10}-10^{14}\ \rm cm^{-3}$,而我们不能看到AD的温度演化的影响,因为AD加热率总是小于压缩加热。AD的低效率使得形成的原恒星附近的磁场强度与$10^{3}-10^{5} \rm\ G$一样强,比现在的情况强得多,即使在最初磁场较弱的情况下。磁场影响入流运动时,放大到均分的水平与湍流的琼斯规模,虽然扰动场不发射风。这可能表明,发电机放大的领域有较小的影响,在后期吸积阶段的动态比其他过程,如电离反馈。
2022-12-15 astro-ph.GA astro-ph.SR
A Multistate Low-dissipation Advection Upstream Splitting Method for Ideal Magnetohydrodynamics
我们开发了一个新的数值方案理想磁流体动力学(MHD)模拟,这是强大的一维和多维冲击,低马赫数流动和不连续性是准确的。该方案属于一个家庭的平流上游分裂方法在计算空气动力学,它分裂的无粘通量在MHD方程的平流,压力和磁张力部分,然后分别评估质量,压力和磁张力通量在一个计算单元的接口。质量通量的设计,以避免数值激波不稳定性在多维,同时保持接触的不连续性。对于低马赫数流动,压力通量具有适当的比例,从而可以可靠地模拟几乎不可压缩的流动。磁张力通量的建立是一致的HLLD近似黎曼求解器,以保持旋转不连续性。我们演示了各种基准测试,以验证该计划的新颖性能。我们的研究结果表明,该计划必须是一个有前途的工具,以解决天体物理系统,包括低和高马赫数流,以及磁场不均匀性。
2020-04-17 astro-ph.EP astro-ph.IM astro-ph.SR
On energy conservation in extended magnetohydrodynamics
系统地研究了包含霍尔项和电子惯性的扩展磁流体动力学(MHD)模型的能量守恒问题。据观察,常用的模型不保存在理想的限制,即,当忽略粘度和电阻率时。特别是,动量方程中经常被忽略的一项被认为是能量守恒所必需的。
2014-06-11 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Turbulent Diffuse Molecular Media with Non-ideal Magnetohydrodynamics and Consistent Thermochemistry: Numerical Simulations and Dynamic Characteristics
通过三维模拟研究湍流弥散分子云,发现非理想MHD和强磁场抑制压缩,化学丰度早期变化大,湍流调制热化学条件,观测可约束参数。
2024-07-16 astro-ph.GA astro-ph.SR
General-relativistic resistive-magnetohydrodynamic simulations of binary neutron stars
我们已经研究了一个等质量磁化中子星二进制内的电阻磁流体动力学(RMHD)的方法,在该方法中,高导电的恒星内部是匹配的电真空外部的动力学。因为我们的分析是为了评估合并后的动态二进制的电阻效应,并通过崩溃引入的修改,我们进行了密切的比较与传统的理想磁流体动力学近似内进行的等效模拟。我们发现这两种演化有许多相似之处,但也有一个重要的区别:在RMHD模拟中,超大质量中子星的生存时间增加了。这种差异是由于在电阻机制中效率较低的磁制动机制,其中物质可以穿过磁场线移动,从而减少了角动量的向外传输。本文所进行的RMHD和理想磁流体动力学模拟都是在比我们以前的工作更高的分辨率和不同的网格结构下进行的[L。雷佐拉湾贾科马佐湖Baiotti,J. Granot,C. Kouveliotou和M. A.阿洛伊,太空人。J. Letters 732,L 6(2011)],但证实了由黑洞-环面系统产生的有序磁场的低密度漏斗的形成。在这两种情况下,磁场在高导电圆环中主要是环形的,而在几乎真空的漏斗中主要是极向的。在漏斗中发生的重连过程或中微子湮灭,我们没有一个模型,可能会增加漏斗中的内能并发射相对论外流,然而,在这些模拟中没有产生。
2015-11-10 astro-ph.HE astro-ph.SR gr-qc
Variational Integration for Ideal Magnetohydrodynamics and Formation of Current Singularities
日冕加热一直是太阳物理学中的一个长期难题。帕克猜想自发电流奇异性会导致加热日冕的纳米火花,这一直是有争议的。在理想磁流体力学(MHD)中,光滑的三维线束缚磁场是否能产生真正的电流奇异性?为了在数值上解决这个问题,所采用的方案必须保持磁拓扑结构,以避免在奇异电流密度的存在下人工重联。结构保持数值方法有利于减轻数值耗散,变分积分是一个强大的机器来推导它们。在这篇论文中,我们发展了理想磁流体的变分积分在拉格朗日标签离散纽科姆拉格朗日上的移动网格使用离散外微积分。由于该格式具有内建的冻结方程,因而无需人工重联,是研究电流奇异性形成的最佳格式。使用这种方法,我们首先研究了一个基本的原型问题在2D,Hahm-Kulsrud-Taylor(HKT)问题。它考虑了边界扰动对被剪切场磁化的二维等离子体的影响,其线性解是奇异的。我们发现,随着分辨率的增加,非线性解决方案收敛到一个电流奇异。然后,我们将HKT问题扩展到三维线束缚几何,通过将场线锚定在边界中来模拟日冕。线性的解决方案,这是奇异的,在2D中,被发现是光滑的。对于短系统,非线性解是光滑的。尽管如此,峰值电流密度与系统长度的比例关系表明,非线性解决方案可能会在有限的长度变得奇异。有了现有的结果,我们不能最终确认或排除这种可能性,因为我们不能获得系统长度接近外推临界值的解。
2017-08-28 astro-ph.SR physics.comp-ph physics.plasm-ph
Peristaltic Flow in Compressible, Ideal Magnetohydrodynamics: A Mechanism For Solar Spicules
University of Salford(萨尔福德大学)
基于可压缩理想MHD的蠕动流模型,在薄管长波近似下计算时间平均体积流量,解释太阳针状体的定向向上流动,并预测观测特征。
2026-08-27 astro-ph.SR physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Hall-magnetohydrodynamic waves in flowing ideal incompressible solar-wind plasmas: Reconsidered
众所周知,磁结构的太阳大气支持MHD波沿各种喷流的传播,也包括太阳风。众所周知,在某些条件下,即足够高的射流速度下,传播的MHD模式可以变得不稳定,而不是最常见的Kelvin-Helmholtz不稳定性(KHI)。在这篇文章中,我们将探讨如何传播和不稳定性的特点,沿着一个缓慢的太阳风MHD模式的影响时,他们调查的理想霍尔磁流体力学的框架。如果射流宽度小于或相当于所谓的霍尔参数$l_\mathrm{Hall} = c/ω_\mathrm{pi}$(其中$c$是光速,$ω_\mathrm{pi}$是离子等离子体频率),则霍尔磁流体动力学是适用的。我们模拟太阳风作为一个移动的速度$\vec{v}_0$圆柱形通量管半径$a$,包含不可压缩的等离子体密度$ρ_\mathrm{i}$通过一个恒定的磁场$\vec{B}_\mathrm{i}$。周围等离子体的特征在于其密度$ρ_\mathrm{e}$和磁场$\vec{B}_\mathrm{e}$。在标准模型和Hall-MHD模型的框架下推导了MHD波的色散关系,并以密度对比度$η= ρ_\mathrm{e}/ρ_\mathrm{i}$、磁场比$b = {B}_\mathrm{e}/{B}_\mathrm{i}$和霍尔尺度参数$l_\mathrm{Hall}/a$为输入参数进行了数值求解。结果表明,当$l_\mathrm{Hall}/a$为中等值时…
2020-02-02 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Generalized Magnetofluid Connections in Relativistic Magnetohydrodynamics
将磁连接的概念推广到非理想相对论磁流体等离子体。采用相对论性磁流体动力学的一般方程组,包括热惯性,热电动势,霍尔和电流惯性效应,我们推导出一个新的协变连接方程显示广义磁流体连接的存在,保持在无耗散等离子体动力学。这些连接与统一电磁场和流场的一般反对称张量密切相关,允许将磁连接概念扩展到更广泛的概念。
2015-02-26 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.plasm-ph
Lattice Boltzmann model for resistive relativistic magnetohydrodynamics
本文建立了一个相对论磁流体力学的格子Boltzmann模型。即使该模型是电阻MHD推导,它表明,它是数值上的强大,即使在高电导率(理想MHD)的限制。为了验证的数值方法,进行了测试模拟的理想和电阻的限制,即在理想的MHD和电流片的演化的阿尔文波的传播在电阻制度,其中观察到非常好的协议比较的分析结果。此外,我们还研究了由Kelvin-Helmholtz不稳定性驱动的二维磁重联,并研究了不同参数对重联率的影响。结果表明,密度比对磁重联率的影响可以忽略不计,而剪切速度的增加会降低重联率。此外,它被发现的重联率成正比的$σ^{-\frac{1}{2}}$,$σ$是电导率,这是符合斯威特帕克模型的标度律。最后,利用该数值模型研究了恒星耀斑中的磁重联。三维模拟表明,恒星耀斑中背景磁力线和磁绳磁力线之间的重联可以作为光球层中剪切速度的结果而发生。
2015-08-14 astro-ph.SR physics.comp-ph physics.flu-dyn