Turbulent dynamo in a weakly ionized medium
小尺度湍流发电机是宇宙磁化的重要过程。在部分电离的天体物理等离子体中，磁能的发电机增长强烈地依赖于离子和中性粒子之间的耦合状态以及离子-中性粒子碰撞阻尼效应。Xu\& Lazarian（2016）在理论上预测了弱电离介质中湍流发电机的新阻尼阶段。通过对双流体发电机进行三维数值模拟，首次从数值上确定了发电机阻尼阶段的物理条件和磁场强度随时间线性增长的规律。电机放大的磁场具有作为阻尼尺度的特征长度，该特征长度随时间增加，并且在给定足够低的电离分数和弱的初始磁场的情况下，在大约8个最大涡流翻转时间之后可以达到湍流的注入尺度。由于中性粒子和离子之间的弱耦合，中性粒子携带的大部分湍流能量不能转化为磁能，导致发电机末端的磁场相对较弱。这一结果对部分电离星际介质中磁场的增长和银河系宇宙射线的激波加速有重要意义。
2019-01-09 astro-ph.GA physics.plasm-ph
DYNAMO-HST Survey: Clumps in Nearby Massive Turbulent Disks and the Effects of Clump Clustering on Kiloparsec Scale Measurements of Clumps
我们目前$\sim$ 100 pc分辨率哈勃太空望远镜H $α$图像的10个星系的动态新组装的大质量物体（MATRIO）调查的低$z$湍流盘星系，并使用这些进行第一次详细的系统研究的分辨率和团块集群的观察团块在湍流盘的影响。在这个{ \em HST}样本中，我们测量到的星团直径范围为$d_{clump} \sim 100-800$ ~pc，单个星团的恒星形成率高达$\sim5$ ~M $_{\odot}$ ~yr $^{-1}$。团簇具有非常高的SFR表面密度，$Σ_{SFR}\sim 15$ ~M $_{\odot}$ ~yr $^{-1}$ ~kpc $^{-2}$，$\sim100\times$高于附近螺旋的H{ \sc ii}区域。事实上，SFR表面密度提供了一个大质量恒星形成团块和局部恒星形成区域之间的简单分界线，其中大质量恒星形成团块具有$Σ_{SFR}> 0.5$ ~M $_{\odot}$ ~yr $^{-1}$ ~kpc $^{-2}$。当退化到与$z\sim 1-3$巡天中观测到的星系相匹配时，H2O星系在形态和测量到的团块性质上与高$z$宇宙中观测到的团块星系相似。模拟高红移图中的发射峰通常对应于全分辨率图像中的多个团块。这种聚类的团块系统地增加了表观尺寸和SFR的团块在1~kpc分辨率的地图，并减少了测量的SFR的表面密度的团块多达20 $\times$的一…
2016-08-29 astro-ph.GA
Turbulent dynamo in the two-phase interstellar medium
磁场是恒星形成星系中湍流星际介质的重要动力学组成部分。这些磁场是由于发电机作用，发电机作用是将湍流动能转换为磁能的过程。在小于湍流驱动尺度的尺度上起作用的发电机称为湍流发电机。ISM是一种多相介质，观测表明磁场的性质随相位而异。在这里，我们的目标是研究如何的湍流发电机的属性取决于相位。我们模拟了两相介质中的非等温湍流发电机（大多数以前的工作假设等温气体）。我们发现，热相（$T\ge10^3~{\rm K}$）是跨音速和冷相（$T<10^3~{\rm K}$）是超音速。我们发现磁场在指数增长阶段的增长率在两个阶段是相似的。我们计算的条款负责的涡度的放大和破坏，并表明，在这两个阶段涡度放大由于湍流运动，进一步放大的斜压项在温暖的阶段，和破坏的长期粘性相互作用中存在的对数密度梯度在冷相。我们发现，由于较强的洛伦兹力的最终比例的磁场湍流动能是较低的冷相。我们发现，非等温湍流发电机是显着不同的等温对应，这表明需要研究的湍流发电机在多相介质中。
2022-05-17 astro-ph.GA physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Growth or Decay -- I: universality of the turbulent dynamo saturation
本研究通过三维磁流体动力学模拟发现，湍流发电机的最终饱和状态由湍流和等离子体性质决定，与磁场初始幅度无关，揭示了发电机饱和的普适性。
2023-06-16 astro-ph.GA
Turbulent Dynamo and Magnetic Fields in the Multiphase Interstellar Medium
针对星际介质多相结构中磁场差异未知的问题，研究通过数值模拟探究多相ISM对磁场的塑造作用，讨论其对星系偏振观测的启示，为理解星系演化中磁场的作用及利用下一代射电数据奠定基础。
2024-10-07 astro-ph.GA
Seed magnetic fields in turbulent small-scale dynamos
星系和星系团中的磁场被湍流发电机从非常弱的种子值放大到观测到的$μ{\rm G}$强度。种子磁场可以是原始的或天体物理的起源。在星系或星系团尺度上，种子场的强度和结构可能会有很大的不同，这取决于种子场的产生机制。种子场首先遇到小尺度发电机，因此我们研究了种子场的强度和结构对小尺度发电机作用的影响。利用数值模拟驱动湍流和考虑三种不同的种子场配置：1）均匀场，2）随机场的幂律谱，3）随机场的抛物线谱，我们表明，的强度和统计特性的发电机产生的磁场是独立的种子场的细节。我们证明，即使当小规模的发电机是不活跃的，小规模的磁场可以产生和放大线性由于大规模的领域的纠缠。在小尺度发电机作用的存在下，我们发现，任何记忆的种子场的非线性小尺度发电机产生的磁场丢失，因此，它是不可能追溯到种子场的信息从演化的磁场在湍流介质。
2020-09-25 astro-ph.CO astro-ph.GA
Nonlinear turbulent dynamo during gravitational collapse
通过湍流发电机的放大，磁场可能对第一批恒星的形成具有潜在的重要性。为了研究原初气体引力坍缩过程中的发电机行为，我们将非线性湍流发电机理论扩展到包括引力压缩效应。发电机和压缩之间的相对重要性在收缩过程中变化，随着密度的增加，磁场的放大从发电机为主过渡到压缩为主。在磁场放大的非线性阶段，由于湍流与磁场的能量按尺度平均分配，理想磁流体动力学（MHD）湍流中磁场的重联扩散就显得尤为重要。它导致磁通冻结条件的破坏，并解释了（a）非线性发电机的小增长率，（b）在收缩过程中磁能对密度的弱依赖性，（c）饱和磁能，以及（d）磁场的大关联长度。由此产生的磁场结构和磁场强度与密度的比例关系与磁通冻结的预期完全不同。
2020-07-21 astro-ph.GA astro-ph.SR physics.plasm-ph
Iterative removal of sources to model the turbulent electromotive force
提出一种基于Högbom CLEAN算法推广的迭代移除源（IROS）方法，从MHD模拟中可靠计算发电机系数以建模湍流电动势，并支持先验信息纳入与强噪声下的后处理。
2024-04-23 astro-ph.GA
Observational Signatures of Galactic Turbulent Dynamos
我们分析的观测签名的星系磁场的自洽产生的磁流体动力学模拟的星际介质通过湍流驱动的超新星（SN）爆炸和差分旋转。特别是，我们研究的法拉第旋转措施（RM），同步辐射，斯托克斯参数的时间演化的典型结构中形成的观察。为此，我们定义了两个不同的模型，热和宇宙射线（CR）的电子分布。我们的研究结果表明，RM的地图具有剪切和呈现各向异性的差分旋转的结构，它们取决于热电子模型的选择，以及SN率。同步辐射图在性质上类似于沿视线的平均磁场图，结构仅受CR模型的轻微影响。斯托克斯参数和相关的量，如线性偏振的程度，是高度依赖于频率和分辨率的观察。
2022-12-05 astro-ph.GA
Numerical modeling of laser-driven experiments aiming to demonstrate magnetic field amplification via turbulent dynamo
宇宙中充满了磁场，其强度从星系团细丝之间空隙中的毫微微高斯到黑洞和中子星中的几个太高斯不等。宇宙学磁场背后的标准模型是种子场通过湍流发电机对观测值的非线性放大。我们已经设想了旨在实验室中演示和研究湍流发电机机制的实验。在这里，我们描述了这些实验的设计，通过使用FLASH，一个高性能的辐射磁流体动力学代码，我们已经开发的模拟活动，并在阿贡国家实验室的米拉超级计算机上进行大规模的三维模拟。模拟结果表明，该实验平台可以达到湍流等离子体状态，并研究发电机放大。我们验证和比较我们的数值计算结果与一个小的子集的实验数据，使用合成诊断。
2017-02-09 astro-ph.GA physics.plasm-ph
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
Turbulent dynamo in a conducting fluid and partially ionized gas
根据Kazantsev理论，考虑了磁场的微观扩散和湍流扩散，统一处理了湍流发电机的运动学和非线性阶段，并研究了磁普朗特数Pm和电离分数范围内的发电机过程.我们发现一个惊人的相似性之间的依赖关系的发电机的行为在导电流体中的Pm和R（电离分数的函数）在部分电离的气体。在弱电离介质中，运动学阶段在很大程度上扩展，不仅包括指数增长，但一个新的政权的发电机的特点是线性增长的磁场强度，并由此产生的磁能是远远高于所携带的粘性尺度涡的动能。与运动学阶段不同，随后的非线性阶段不受微观扩散过程的影响，并且具有作为湍流能量传递率的恒定分数$3/38$的增长率的磁能的普遍线性时间增长，与早期的数值结果显示出良好的一致性。应用分析的第一个恒星和星系，我们发现，运动阶段是能够产生的场强只有一个数量级小于最终的饱和值。但是大规模磁场的产生只能由相对低效的非线性阶段来解释，并且需要比自由落体时间更长的时间。这表明，磁场在第一批恒星的形成过程中可能没有发挥重要的动力学作用。
2016-10-20 astro-ph.GA physics.plasm-ph
Numerical studies of dynamo action in a turbulent shear flow - I
我们进行数值实验，研究剪切发电机的问题，我们寻找大规模的磁场的增长，由于非螺旋搅拌在小尺度的背景线性剪切流，在以前未探索的参数制度。我们证明了大规模的发电机行动的限制时，流体雷诺数（${\rm Re}$）是低于统一的，而磁雷诺数（${\rm Rm}$）是高于统一的指数增长率与剪切成线性比例，这是与早期的数值工程。低${\rm Re}$的极限是特别有趣的，因为在这个极限中看到发电机作用将为进一步的理论研究提供足够的动力，这可能会将注意力集中在${\rm Re} < 1$的这个分析上更容易处理的极限上，而不是${\rm Re} > 1$的更强大的极限。我们还进行了模拟的制度时，（i）（${\rm Re}$，${\rm Rm}$）$< 1$ ;（ii）${\rm Re} > 1$和${\rm Rm} < 1$，并计算所有组件的湍流输运系数（$α_{ij}$和$η_{ij}$）使用测试场方法。我们的结果与早期分析工作（Sridhar & Singh 2010; Singh & Sridhar 2011）的结果在类似的参数范围内具有相当好的一致性。
2015-02-10 astro-ph.GA physics.flu-dyn
Towards convergence of turbulent dynamo amplification in cosmological simulations of galaxies
我们对磁场在现今星系中达到其观测强度的过程的理解仍然不完整。其中一个被提倡的解决方案是湍流发电机机制，其将弱磁场种子快速放大到${\sim}μ$ G的量级。然而，模拟湍流发电机是一个非常具有挑战性的计算任务，由于苛刻的空间尺度和所需的数值方法的复杂性。特别是，湍流速度和磁场是非常敏感的模拟域的空间离散化。为了探索在宇宙学模拟中，精化方案如何影响星系湍流和磁场放大，我们比较了两种精化策略。传统的准拉格朗日自适应网格细化方法集中在密集区域的空间分辨率，和一个新的细化方法，解决了整个星系的高分辨率准均匀网格。我们的新的细化策略产生更快的磁能放大比准拉格朗日方法，这也是显着大于绝热压缩的估计，表明额外的放大是通过拉伸的磁场线。此外，与我们的新的改进的磁能增长因子尺度与分辨率以下$\propto \Dres^{-1/2}$，在更好地与小尺度湍流箱模拟。最后，我们发现的证据表明，在我们模拟的星系中的大多数磁放大发生在温暖的阶段，其星际介质，这有一个更好的发展湍流场与我们的新的细化策略。
2022-04-21 astro-ph.CO astro-ph.GA
Cosmic ray diffusion in magnetic fields amplified by nonlinear turbulent dynamo
本研究探索无强平均磁场时非线性湍流发电机放大磁涨落中的宇宙线扩散，通过测试粒子模拟识别三种扩散机制，发现扩散空间不均匀性及不同能量CR的扩散行为差异，强调磁场不均匀性的基础作用。
2024-09-12 astro-ph.GA astro-ph.HE
Laboratory evidence of dynamo amplification of magnetic fields in a turbulent plasma
磁场在宇宙中无处不在。通过漫射同步辐射和法拉第旋转测量，河外盘、晕和星系团一直显示出从几个nG到几十个$μ$ G的磁场强度。这些场的能量密度通常与它们所嵌入的等离子体的流体运动的能量密度相当，使得磁场在发光物质的动力学中扮演重要角色。这些强磁场起源的标准理论模型是通过湍流发电机将微小的种子场放大到与当前观测一致的水平。在这里，我们证明，使用激光产生的碰撞等离子体流，湍流确实能够迅速放大种子场近均分的湍流流体运动。这些结果支持了这样一种观点，即湍流发电机是一种可行的机制，负责观测到的当今宇宙的磁化。
2017-02-09 astro-ph.GA physics.plasm-ph
Turbulent dynamos in a collapsing cloud
International Centre for Theoretical Sciences, Tata Institute of Fundamental Research（国际理论科学中心，塔塔基础研究所）；Inter-University Centre for Astronomy and Astrophysics（大学间天体物理与天文中心）；Department of Physics, Ashoka University（阿肖卡大学物理系）；School of Mathematics, Statistics and Physics, Newcastle University（纽卡斯尔大学数学、统计与物理学院）
研究坍缩云中小型和大型发电机的行为，揭示磁场在坍缩背景下的超指数增长机制，挑战传统发电机理论。
2026-01-22 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.SR
On the small scale turbulent dynamo in the intracluster medium: A comparison to dynamo theory
我们目前的非辐射，宇宙学的放大模拟星系团的形成与磁场和（各向异性）的热传导的一个非常巨大的星系团的质量在红移为零，对应于$M_\mathrm{vir} \sim 2 \times 10^{15} M_{\odot}$。我们在三个分辨率水平（1X，10 X，25 X）上运行集群，从$2 \times 10^8M_{\odot}$的有效质量分辨率开始，随后增加粒子数量以达到$4 \times 10^6M_{\odot}$。在模拟中获得的最大空间分辨率是有限的重力软化达到$ε=1.0$ kpc的最高分辨率水平，允许解决非常精细的结构的层次组装。所有的模拟，已经进行了SPMHD代码小工具-3与大量更新的SPMHD处方。主要研究团簇内介质（ICM）中的磁场放大。结果表明，在重联扩散极限下，主要的放大机制是小尺度湍流发电机。在我们的两个最高分辨率的模型中，我们开始解决由这个过程驱动的磁场放大，我们明确量化这与磁功率谱和磁张力，限制与发电机理论一致的磁场线的弯曲。此外，我们调查的$\nabla \cdot \mathbf{B}=0$约束在我们的模拟，并表明，我们实现了可比的结果，以国家的最先进的AMR或移动网格技术，如恩佐和Arepo的代码中使用。我们的研究结果表明，第一次在一个完整的宇宙学模拟的星系团，发电机的行动可以解决的框架内的现代拉格朗日磁流体动力学（MHD）方法，一项研究，目前在文献中…
2021-08-17 astro-ph.CO astro-ph.GA
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
Non-Gaussian Magnetic Structures in the Small-Scale Turbulent Dynamo
Indian Institute of Science, Education and Research, Tirupati（印度科学教育研究学院蒂鲁帕提分校）；Australian National University（澳大利亚国立大学）
研究小尺度湍流发电机在增长阶段和饱和阶段的磁场形态，发现磁场偏离高斯随机场，饱和阶段磁场结构更复杂非高斯。
2026-02-09 astro-ph.GA astro-ph.IM physics.plasm-ph
Saturation of the Turbulent Dynamo
宇宙中强磁场的起源可以通过小空间尺度上的湍流运动放大弱种子场，随后将磁能传输到更大尺度来解释。这个过程被称为湍流发电机，并取决于湍流的性质，即流体动力学雷诺数和气体的可压缩性，以及磁扩散率。虽然我们知道线性区域中的磁能的增长率，但饱和水平，即可以达到的磁能与湍流动能的比率，从分析计算中是未知的。在本文中，我们提出了第一个尺度相关的饱和度模型的基础上，有效的湍流电阻率，这是由湍流涡旋的周转时间尺度和磁能密度。与斯皮策值相比，磁电阻率增加，并且磁能谱处于其最大值的有效尺度向更大的空间尺度移动。当峰值达到由临界磁雷诺数确定的特征波数k* 时，该过程结束。发电机的饱和水平也取决于湍流的类型，并且对于大的和小的磁普朗特数Pm的限制而不同。利用我们的模型，我们发现对于Pm>>1，饱和度在43.8%和1.3%之间，对于Pm<<1，饱和度在2.43%和0.135%之间，其中较高的值表示不可压缩湍流，较低的值表示高度可压缩湍流。
2015-08-14 astro-ph.GA physics.flu-dyn physics.plasm-ph
A comparison of the turbulent dynamo in weakly-collisional and collisional plasmas: from subsonic to supersonic turbulence
本文通过HPIC与MHD模拟对比研究了弱碰撞等离子体在亚声速和超声速湍流中的湍流发电机特性，发现其与碰撞等离子体中的MHD发电机物理性质相似，并推断出有效雷诺数。
2025-02-07 astro-ph.CO astro-ph.GA physics.plasm-ph
Not Much Helicity is Needed to Drive Large Scale Dynamos
了解湍流天体物理转子中大尺度磁场的原位放大一直是发电机理论的核心课题。当湍流速度是螺旋形时，大尺度发电机在超过湍流强迫尺度的尺度上大大放大场，但最小足够的分数动力学螺旋度f_h，C以前没有很好地量化。通过对简单螺旋发电机的直接数值模拟，我们发现f_h，C随强迫与大尺度波数之比k_F/k_min的增大而减小。从大尺度螺旋发电机必须克服大尺度上任何非螺旋场的反作用这一条件出发，我们提出了一个可以解释模拟结果的理论。当k_F/k_min>8时，f_h，C<3%，这意味着即使在中等尺度分离下，很小的螺旋度分数也会强烈影响磁谱。
2012-06-21 astro-ph.GA physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Calculating turbulent transport tensors by averaging single plume dynamics and application to dynamos
湍流中的输运系数由湍流波动之间的关联函数组成，并且需要有效的方法来计算它们。例如，在用于模拟恒星和星系的大尺度磁场增长的平均场发电机理论中，湍流电动势通常近似为湍流输运系数与平均磁场的连续高阶空间导数的一系列张量积。标准模型的一个成分是零阶项的运动学系数，即平均动力学伪张量$\bmα$，其将环向场转换为极向场。在这里，我们展示了一种有效的方法来计算这个量的旋转分层湍流，从而计算的预平均量的运动的一个单一的羽流，平均值，然后采取了不同方向的羽流的合奏。我们在最方便的框架中计算羽流动力学，然后转换回实验室框架并取平均值。我们简洁的位形空间计算给出了基本相同的结果，以前的方法。本申请阐明了什么是广泛适用的方法。
2018-11-28 astro-ph.GA astro-ph.SR physics.flu-dyn
Magnetic energy spectrum produced by turbulent dynamo: effect of time irreversibility
本文推广 Kazantsev-Kraichnan 模型研究时间不可逆湍流流动中的磁场演化，发现磁能谱幂律斜率更平缓且磁能增长更慢，并提出新 ansatz 描述有限时间谱形状。
2022-01-12 astro-ph.GA physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Time-resolved fast turbulent dynamo in a laser plasma
了解湍流等离子体中磁场的产生和放大对于解释宇宙中磁场的观测是至关重要的。一个理论框架归因于这些领域的起源和维持所谓的波动发电机最近验证了低磁普朗特数等离子体（$\mathrm{Pm} < 1$）的激光设施的实验。然而，同样的框架提出，波动发电机应不同的操作时，$\mathrm{Pm} \gtrsim 1$，制度相关的许多天体物理环境，如集群内介质的星系团。本文报道了一个新的实验，建立了一个实验室$\mathrm{Pm} \gtrsim 1$等离子体发电机首次。我们提供了一个时间分辨的等离子体的演变，测量温度，密度，流速和磁场，这使我们能够探索波动发电机的操作的各个阶段的特性。在结构的特征尺度接近随机运动的驱动尺度的磁能被发现增加了近三个数量级，从它的初始值和动态饱和。结果表明，这些领域的增长发生指数的速度是远远大于周转率的驱动规模的随机运动。我们的研究结果表明，强剪切产生的等离子体湍流可以产生更有效地在驱动规模比预期的理想化MHD模拟的非螺旋波动发电机领域的可能性，这一发现可以帮助解释推断从天体物理系统的观测大规模的领域。
2020-07-25 astro-ph.GA physics.plasm-ph
MHD Turbulence, Turbulent Dynamo and Applications
MHD湍流在许多空间物理和天体物理环境中很常见。本文首先讨论了不可压MHD湍流的性质。导电性良好的流体在一个称为小规模发电机的过程中放大了初始磁场。低于动能和磁能的均分尺度，谱是陡峭的（Kolmogorov-5/3），并以临界平衡的强MHD湍流为代表。本文介绍了普遍非线性小尺度发电机的基本原理和MHD湍流的惯性范围。在高分辨率直接数值模拟中，我们测量了小尺度发电机$C_E=0.05$、Kolmogorov常数$C_K=4.2$和各向异性常数$C_A=0.63$对MHD湍流的效率。我们还讨论了所谓的不平衡或交叉螺旋MHD湍流，这是相关的许多对象，最突出的是在太阳风。结果表明，不可压缩MHD湍流的性质与可压缩湍流中MHD叶栅Alfvénic部分的性质相似。级联的其他部分根据其自身的动态发展。慢模式由Alfvénic模式级联，而快模式创建独立的级联。我们发现，不同的方式分解成Alfvén，慢，快模式的可压缩MHD湍流提供一致的结果，不仅是有用的理解湍流级联，但其与快速粒子的相互作用。
2014-06-04 astro-ph.GA astro-ph.SR physics.plasm-ph
The Turbulent Dynamo in Highly Compressible Supersonic Plasmas
这个动荡的发电机可以解释宇宙磁力的起源。虽然磁场的指数放大已经在不可压缩气体中进行了研究，但对高度可压缩的超音速等离子体（如星系的星际介质和早期宇宙）中的发电机作用知之甚少。在这里，我们进行了第一次定量比较的理论模型的发电机增长率和饱和度与三维磁流体动力学模拟超音速湍流与网格分辨率高达1024^3细胞。我们获得了数值收敛性，并发现发电机作用在低和高磁普朗特数Pm = nu/eta = 0.1-10（粘性耗散与磁耗散之比）时都发生，而这在超音速湍流中只在Pm >= 1时才出现。我们测量了临界磁雷诺数，Rm_crit = 129（+43，-31），表明可压缩发电机几乎与不可压缩气体一样有效。考虑到现在和早期宇宙的物理条件，我们得出结论，磁场需要考虑从早期到现在的宇宙年龄的结构形成过程中，因为它们抑制气体碎裂和驱动强大的喷流和外流，都极大地影响了恒星的初始质量函数。
2014-12-01 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.SR
Mean-field dynamo due to spatiotemporal fluctuations of the turbulent kinetic energy
本研究解析证明，即使动能螺旋度处处为零，介观尺度平均湍动能的时空涨落及其引发的扩散率涨落也能驱动大尺度磁场增长，并揭示了发电机运行的约束条件及湍流抗磁性的作用。
2023-09-11 astro-ph.GA astro-ph.SR physics.flu-dyn
Fundamental scales in the kinematic phase of the turbulent dynamo
湍流发电机是将湍流动能转换为磁能的强大机制。一个关键的问题，关于磁场放大的湍流，是，在什么规模，$k_{\rm p}$，磁场成为最集中？关于$k_{\rm p}$是由粘性尺度$k_ν$（湍流动能耗散）还是电阻尺度$k_η$（磁场耗散）控制，存在一些分歧。在这里，我们使用直接的磁流体动力学湍流的数值模拟来测量的湍流发电机的运动学阶段的特征尺度。我们运行$104$ -模拟与流体动力学雷诺数的$10 \leq {\rm Re} \leq 3600$，和磁雷诺数的$270 \leq {\rm Rm} \leq 4000$，探索$k_{\rm p}$对$k_ν$和$k_η$的依赖性。使用物理动机模型的动能和磁能谱，我们测量$k_ν$，$k_η$和$k_{\rm p}$，确保获得的尺度数值收敛。我们确定的整体耗散尺度关系$k_ν= (0.025^{+0.005}_{-0.006})\, k_{\rm turb}\, {\rm Re}^{3/4}$和$k_η= (0.88^{+0.21}_{-0.23})\, k_ν\, {\rm Pm}^{1/2}$，其中$k_{\rm turb}$是湍流驱动波数和${\rm Pm}={\rm Rm}/{\rm Re}$是磁普朗特数。我们证明了$k_{\rm p}$的原理依赖于$k_η$。对于等离子体的${\rm Re} \gtrsim 100$，我们发现，$…
2022-04-07 astro-ph.GA astro-ph.HE astro-ph.SR
Asymptotic behaviour of galactic small-scale dynamos at modest magnetic Prandtl number
Nordita, KTH Royal Institute of Technology and Stockholm University（诺迪塔，皇家理工学院和斯德哥尔摩大学）；HPCLab, Department of Computer Science, Aalto University（阿尔托大学计算机科学与工程高性能计算实验室）；School of Mathematics, Statistics and Physics, Newcastle University（纽卡斯尔大学数学、统计与物理学院）；Department of Astrophysics, American Museum of Natural History（美国自然历史博物馆天体物理学系）
研究发现银河小尺度发电机在中等磁雷诺数下湍流场强度趋于渐近极限，为全球银河模型提供了关键磁场特征。
2026-02-14 astro-ph.GA cs.DC
Cosmic-ray driven dynamo in galactic disks
我们提出了新的发展，宇宙射线驱动，银河发电机，建模的直接，电阻CR-MHD模拟，ZEUS和PIERNIK代码进行。发电机的作用，导致放大的大尺度星系磁场的星系旋转时标，出现作为一个结果，星系的差异旋转，浮力的宇宙线分量和电阻耗散的小尺度湍流磁场。我们的新结果包括证明由超新星遗迹中提供的宇宙射线驱动的全球-银河发电机作用。新的一系列全球星系发电机模型的一个重要成果是气体湍流能量与磁场能量和宇宙线能量均分，在大星系尺度上的发电机饱和状态。
2008-12-31 astro-ph.GA astro-ph.HE
The small-scale turbulent dynamo in smoothed particle magnetohydrodynamics
超音速湍流被认为是恒星形成的核心。利用光滑粒子磁流体动力学（SPMHD）方法模拟了超声速湍流中磁场的小尺度发电机放大。计算使用等温气体驱动的均方根速度为10马赫，使条件是代表恒星形成的分子云在银河系。磁能的增长遵循10个数量级，直到它达到饱和，即动能的百分之几。我们的发电机计算的结果进行了比较，从基于网格的方法的结果，发现他们的统计数据和定性行为非常一致。模拟利用最新的算法发展，我们已经开发，特别是，一个新的发散清洗方法，以保持对磁场的螺线管约束和方法，以减少数值耗散的磁震捕获计划。我们证明，我们的发散清洗方法可用于实现$\nabla \cdot {\bf B}=0$的机器精度，虽然在显着的计算费用。
2016-06-02 astro-ph.GA astro-ph.IM astro-ph.SR
Lagrangian statistics of a shock-driven turbulent dynamo in decaying turbulence
在超新星激波和星系团中观测到$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
From primordial seed magnetic fields to the galactic dynamo
回顾了宇宙中相干磁场的起源和维持，并强调了理论理解中可能出现的挑战。我们从磁场起源于早期宇宙的某个层次这一有趣的可能性开始。这可能发生在暴胀、电弱或夸克-强子相变期间。这些机制可以产生可能很强的场，但通常具有比银河系尺度小得多的相干尺度。它们随后的湍流衰减降低了它们的强度，但增加了它们的相干性。然后，我们转向天体物理电池，它可以产生种子磁场。这里相干尺度可以很大，但场强通常很小。这些种子场需要进一步放大，并通过发电机来维持，以解释星系中观测到的磁场。小规模和大规模的湍流发电机背后的基本思想进行了概述。小尺度发电机可能有助于理解年轻星系的第一次磁化，而大尺度发电机对于产生比搅拌尺度更大的场很重要，就像在附近的盘星系中观察到的那样。目前的理论挑战，湍流发电机遇到的可能的解决方案进行了讨论。
2019-04-09 astro-ph.CO astro-ph.GA gr-qc
Helical turbulent nonlinear dynamo at large magnetic Reynolds numbers
在旋转的天体物理系统中，包括行星、恒星和星系，大尺度磁场的激发和进一步维持通常被认为涉及由螺旋磁流体动力学湍流驱动的流体磁发电机效应。虽然这种情况是有吸引力的一般理由，但它目前仍然在很大程度上不受约束，特别是因为一个基本的了解大规模的流体磁性的非线性渐近行为的天体物理学相关的，但危险的制度，大磁雷诺数$Rm$仍然缺乏。我们探索这个问题，使用本地高分辨率模拟湍流磁流体动力学驱动的非均匀螺旋强迫产生的正弦曲线的动力学螺旋度，模仿半球形分布的动力学螺旋度在旋转的湍流流体体。我们确定了一个过渡在大$Rm$的非线性状态，其次是$Rm\simeq 3\times 10^3$，由强大的，饱和的小尺度磁流体动力学湍流和较弱的，旅行相干大尺度场振荡。这种状态的特点是一个渐进的小电阻耗散的磁螺旋度，其空间重新分布通过动力学螺旋度的半球分布驱动的湍流通量在赤道，并在大$Rm$的重联典型的等离子体团的纠缠的动态磁场的试探性存在。
2021-12-09 astro-ph.GA astro-ph.SR physics.flu-dyn
Kazantsev dynamo in turbulent compressible flows
我们考虑的运动学波动发电机问题的流是随机的，白色的时间，螺线管和潜在的组件。该模型是Kazantsev模型的推广。如果螺线管部分和势流部分具有相同的标度指数，则随着流动的可压缩性增加，增长率减小，但保持为正。如果螺线管和潜在的部分的标度指数不同，特别是如果它们对应于典型的柯尔莫哥洛夫和伯格斯值，我们再次发现，在压缩性的增加减缓增长率，但不关闭它。慢下来，但是，较弱的临界磁雷诺数是低于螺线管和潜在的组件显示柯尔莫哥洛夫标度。有趣的是，我们发现存在这样的情况：当势部分比螺线管部分更光滑时，压缩性的增加会增加增长率。我们还发现，标度指数的临界值以上的发电机被认为是统一的压缩性无关。最后，我们认识到，尺寸$d = 3$是特殊的，因为对于所有其他值的$d$的临界指数较高，并取决于压缩性。
2019-03-01 astro-ph.GA nlin.CD physics.flu-dyn
Turbulent Magnetogenesis and Large-scale Magnetic Dynamo Amplification in Ion--electron Plasmas
KU Leuven（荷语鲁汶大学）；Royal Belgian Institute for Space Aeronomy（比利时皇家空间空气动力学研究所）；National Research Council (CNR-ISTP)（国家研究委员会）；Università della Calabria（卡拉布里亚大学）；University of Delaware（特拉华大学）
利用全动力学模拟研究离子 - 电子等离子体磁生成，发现两阶段机制，电子压力各向异性引发电子 - 韦贝尔模式，离子各向异性驱动离子 - 韦贝尔型模式，还有比尔曼电池机制，使磁场放大，为磁生成提供解释。
2026-07-07 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.SR
