Cosmic-ray driven dynamo in galaxies
介绍了由Parker（1992）提出的宇宙线驱动发电机的全球银河尺度数值模型的最新进展。本文对由气体、磁场和CR分量组成的星际介质动力学进行了一系列直接CR+MHD数值模拟。我们考虑到CR加速随机分布的超新星（SN）遗迹，并假设SNe存款小规模，随机取向，偶极磁场到ISM。大尺度磁场的放大时间尺度产生的CR驱动发电机是可比的银河系旋转周期。该过程有效地将SN残余物的小尺度磁场转换成银河系尺度的磁场。由此产生的磁场结构类似于在边缘星系中观察到的X形磁场。
2011-02-07 astro-ph.GA
3D global simulations of a cosmic-ray-driven dynamo in dwarf galaxies
根据当前的等级星系形成范式，恒星形成的矮星系可以被看作是更大质量星系的高红移构建块的本地代理。它们是低质量的物体，因此它们的旋转速度非常低。几个星系被观测到有相当强的磁场。这些强有序磁场的例子似乎与恒星形成率很高有关，但不是非常高。我们研究这些磁场是否可以由宇宙射线驱动发电机产生。矮星系的环境不利于大规模发电机的作用，因为要产生规则的磁场分量，需要非常缓慢的旋转。我们建立了一个矮星系的3D全球模型，该模型由两个引力分量组成：恒星和暗物质晕，由先前提出的纯现象学轮廓描述。我们解决了一个系统的磁流体动力学（MHD）方程，其中包括一个额外的宇宙射线组件所描述的流体近似。我们发现宇宙射线驱动的发电机可以以指数增长率放大磁场。$e$折叠时间与初始旋转速度相关。我们的模型的方位角通量的最终平均值是几个$μ$ G的顺序和系统达到其均分水平。结果表明，宇宙线驱动发电机是一个可以解释矮星系磁场的过程。
2014-01-21 astro-ph.GA
Cosmic-ray driven dynamo in the interstellar medium of irregular galaxies
不规则星系通常比螺旋星系、S0星系和椭圆星系更小，质量也更小。射电观测表明，磁场存在于不规则星系中，其值与螺旋星系中的磁场相似。然而，不规则星系的星际介质中的条件不利于磁场的放大，因为旋转慢，剪切率低。本文研究了不规则星系的星际介质中宇宙线驱动的发电机。在慢旋转和弱剪切条件下研究了其效率。在我们的模型中也考虑了恒星的形成，并通过爆炸和活动调制的频率来参数化。数值模型包括一个由宇宙射线驱动的磁流体动力发电机，宇宙射线通过随机爆炸的超新星注入星际介质。在模型中，我们还包括必要的元素，如垂直重力盘，微分旋转近似的剪切盒，和电阻率导致磁重联。我们发现，即使是缓慢的银河系旋转与低剪切率放大磁场，和快速旋转与低值的剪切提高发电机的效率。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。
2010-09-27 astro-ph.GA
A small-scale dynamo in feedback-dominated galaxies as the origin of cosmic magnetic fields - I. The kinematic phase
宇宙中磁场的起源和演化仍然是一个悬而未决的问题。他们在星系中的观测结果表明，在高红移和现在，已经存在很强的磁场。然而，无论是原始磁场还是电池过程都不能解释如此高的磁场强度，这意味着在高红移星系中存在一个快速增长的发电机过程，并随后维持衰变。我们调查的反馈机制中发挥的特殊作用，在创建强大的流体湍流，允许一个磁发电机出现。执行孤立的冷却气体晕的磁流体动力学模拟，我们比较磁场演化的各种初始场拓扑结构和各种恒星反馈机制。我们发现，反馈确实可以驱动强大的气体湍流和发电机行动。我们看到典型的性质的柯尔莫哥洛夫湍流与$k^{-5/3}$动能谱，以及一个小规模的发电机，与$k^{3/2}$磁能谱预测的Kazantsev发电机理论。我们还调查模拟与最后的静止阶段。随着湍流的减少，银河喷泉会变成一个薄的、旋转支撑的圆盘。磁场发展出一个大尺度的、有序的结构，具有均匀对称性，这与附近螺旋的磁场观测结果非常一致。我们的研究结果表明，弱的初始种子场首先放大了一个小规模的发电机在暴力，反馈为主的早期阶段的星系形成的历史，其次是一个更安静的演变，在那里的领域已经慢慢衰减或维持通过大规模发电机的行动。
2017-04-19 astro-ph.GA
Numerical dependencies of the galactic dynamo in isolated galaxies with SPH
该研究利用SPMHD开展53组孤立旋涡星系模拟，探究星系发电机的数值依赖性，明确反馈对磁场放大的双重作用，量化了磁能占比、普朗特数与磁雷诺数等关键参数的分布特征。
2022-08-16 astro-ph.GA
Can the dynamo of spiral-arm galaxies be explained by anisotropic conductivity ?
本文通过理论与数值模拟证明，由于常规螺旋臂星系不满足各向异性发电机所需的几何判据，其螺旋臂各向异性无法解释星系磁场的存在。
2025-02-03 astro-ph.GA
Giant Star Forming Complexes in High-z Main Sequence Galaxy Analogues: The Internal Structure of Clumps in DYNAMO Galaxies
为了间接地研究在$z \sim 1-3$主序星星系的巨大团块的内部结构，我们的目标是非常动荡和丰富的气体的本地类似物从Hubble太空望远镜的样品，在波长范围为$\sim 200-480$ nm。我们提出了一个包含58个团簇的星表，这些团簇是在六个星系中发现的，包括WFC 3/UVIS F225 W、F336 W和F467 M测光系统，其中（$225-336$）和（$336-467$）色分别对消光和恒星星族年龄敏感。我们测量团块本身的内部颜色梯度，以研究它们的年龄和消光特性。我们发现一个显着的颜色趋势，在个别团块，其中解决的颜色分布显示，团块一般有蓝色（$336-467$）的颜色（表示非常年轻的年龄）在其中心比在其边缘，在（$225-336$）颜色与灭绝的变化很小。此外，我们发现，团块的颜色表明他们是老的，优先位于靠近他们的星系的中心，我们没有发现年轻的团块在小银河系中心的距离。这两个结果都与高红移恒星形成系统的模拟一致，这些系统显示团块通过剧烈的盘不稳定性形成，并通过动态过程迁移到星系中心，在几个亿年的时间尺度上促进凸起的增长，同时在它们的中心不断形成恒星。当我们比较这些模拟中的C3 O团块时，我们发现与长寿命团块的最佳一致性。
2021-07-02 astro-ph.GA
A small-scale dynamo in feedback-dominated galaxies - III. Cosmological simulations
磁场在宇宙中几乎所有天体中都被广泛观测到，从单个恒星到整个星系，甚至在星系际介质中，但它们的具体产生一直存在争议。由于星系形成的更现实模型的发展，可行的方案正在出现，以解释宇宙磁性，这要归功于更深入的观察和更有效和准确的计算机模拟。我们在这里提出了一个新的宇宙学的高分辨率放大磁流体动力学（MHD）模拟，使用自适应网格细化（AMR）技术，一个矮星系与最初的弱和均匀的磁种子场，放大由超新星引起的湍流驱动的小规模发电机。当第一个结构从小密度波动的引力坍缩中形成时，冻结的磁场从宇宙膨胀中分离出来，并通过压缩而增长。第二步，恒星形成开始，并建立了一个强大的星系喷泉，由超新星爆炸自我调节。在星系内部，星际介质变得高度湍流，由强烈的超音速激波主导，正如气体动能的光谱分析所证明的那样。在这种湍流环境中，磁场通过小尺度发电机过程被迅速放大，并最终被银河风带入环星系介质。这个现实的宇宙学模拟解释了如何最初弱磁种子场可以迅速放大早期，反馈为主的星系，并预测，作为小尺度发电机过程的结果，高红移磁场很可能是占主导地位的小尺度组件。
2017-08-04 astro-ph.GA
A small-scale dynamo in feedback-dominated galaxies - II. The saturation phase and the final magnetic configuration
星系中的磁场被认为是发电机放大最初弱的种子场的结果，在星际介质内达到均分强度。考虑到电池机制或原始场预测的种子场的极端脆弱性，小尺度发电机似乎是一种可行的机制，可以解释在当今和高红移星系中观测到的强磁场。执行高分辨率的自适应网格磁流体动力学模拟的小质量，孤立的冷却晕的初始磁种子场强度远低于均分，我们遵循小规模的发电机放大从超新星引起的湍流的领域的饱和。我们发现当平均磁压力仅达到湍流压力的3%至5%时，饱和发生。磁能增长从指数增长过渡到线性增长，最后停止。饱和度随网格分辨率的增加而略有增加。这些结果与理论预测的磁普朗特数的顺序$\mathrm{Pr_M} \sim 1$和湍流马赫数的顺序$\mathrm{M} \sim 10$。当我们在模拟达到饱和后抑制超新星反馈时，我们发现湍流衰减，气体落回一个薄圆盘上，磁场处于局部均分。我们提出了一个方案中，星系磁场从弱种子场在宇宙的早期阶段，放大到次均分领域，由于在高红移反馈主导的星系的湍流环境，并进一步发展到均分在后期阶段，作为星系转化为更安静，大的螺旋盘。
2017-04-19 astro-ph.GA
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
Dust Attenuation in Clumpy, Star-Forming Galaxies at 0.07 < z < 0.14
星系中的尘埃衰减已经被广泛研究，然而，关于遥远星系中的衰减仍然有许多未知数。我们的贡献，这一努力使用的恒星形成星系的观测红移范围z = 0.05-0.15从OOO调查。高度恒星形成的BSO星系与星团有许多相似的属性，恒星形成的星系在高红移。考虑到综合斯隆数字巡天观测，衰减和其他星系属性之间的趋势，C13 O星系是很好地匹配的恒星形成星系在高红移。在V波段，星系的气体衰减为0.2-2.0 mags，恒星E（B-V）与气体E（B-V）的比值为0.78-0.08（在低红移时为0.44）。四个高度恒星形成的H4 O星系在H-alpha用哈勃太空望远镜观测，在Pa-alpha用凯克的积分场光谱观测。后者实现类似的分辨率（~0.8-1千秒差距），我们的HST成像使用自适应光学，提供解决这些星系的气体衰减观测亚千秒差距尺度。我们发现在不同的星系团中，衰减的变化小于1.0等（在H α处），没有高度衰减的恒星形成的证据。V波段的衰减范围为0.3-2.2 mags，与低红移恒星形成星系的衰减一致。衰减的小空间变化表明，这四个星系中的大部分恒星形成活动发生在相对不模糊的区域，因此，恒星形成的特点是我们的H-α观测。
2016-11-17 astro-ph.GA
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
New Insights on Galactic Dynamos
我们认为，俯仰角的方位平均的大规模或平均磁场在附近的旋涡星系的观测推断，可以尝试用简单的银河发电机模型来解释。协议是不完美的，但考虑到发电机参数的不确定性是合理的。
2018-10-16 astro-ph.GA
CO Excitation in High-z Main Sequence Analogues: Resolved CO(4-3)/CO(3-2) Line Ratios in DYNAMO Galaxies
一氧化碳的谱线能量分布包含了恒星形成分子氢气的物理条件的信息;然而，与局部辐射场性质的关系受到很大的限制。利用1- 2kpc尺度的CO（3-2）和CO（4-3）的ALMA观测资料，我们研究了主序星星系在z ~ 1-2处的局部类似物的CO（4-3）/CO（3-2）谱线比。我们测量了每个星系盘上的CO（4-3）/CO（3-2），发现样本的中线比为$R_{43} = 0.54^{+0.16}_{-0.15}$。这高于文献估计的本地恒星形成星系，并且与多条证据相一致，这些证据表明，尽管存在于本地宇宙中，但在z ~ 1-2处类似于主序星星系。与现有的较低分辨率CO（1-0）观测相比，我们发现$R_{41}$和$R_{31}$值分别在$\sim 0.2-0.3$和$\sim 0.4-0.8$范围内。我们结合我们的kpc尺度分辨线比测量与HST观测H $α$的恒星形成率表面密度的关系进行调查，并比较这种关系的预期模型。我们发现随着恒星形成率表面密度的增加，CO（4-3）/CO（3-2）增加;然而，模型过度预测了我们探测的恒星形成率表面密度范围内的线比，特别是在较低的范围内。最后，SOFIA观测与HAWC+和FIFI-LS揭示低尘埃温度和没有赤字的[CII]发射相对于总红外光度。
2023-01-12 astro-ph.GA
On the origin of magnetic driven winds and the structure of the galactic dynamo in isolated galaxies
我们调查建立的银河发电机和随后的起源磁驱动流出。我们使用一个孤立的盘星系与现实的环银河介质（CGM）的设置。我们发现很好的协议的银河发电机与理论和观测预测的径向和环向分量的磁场作为半径和光盘尺度高度的函数。我们发现了几个场反转，表明偶极结构在早期和四极结构在晚期。结合磁桨距角和发电机控制参数$R_α$、$R_ω$和$D$，我们提出了$α^2$ - $Ω$发电机的有力证据。在中心形成的棒导致通过绝热压缩进一步放大磁场，随后驱动流出。由于帕克不稳定性的磁场线上升到磁盘的边缘，突破和自由扩展的CGM驱动的磁压力。最后，我们研究了磁场和恒星形成率之间的相关性。在全球范围内，我们发现，磁场增加的恒星形成率表面密度的函数之间的$0.3$和$0.45$的斜率与理论和观测的预测很好地吻合。在局部，我们发现当恒星形成增加时，磁场会减少。我们发现，这种效果是相关的扩散的磁场从螺旋臂的臂间区域，我们明确包括通过解决感应方程和占非线性项。
2019-07-26 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
A dynamo amplifies the magnetic field of a Milky-Way-like galaxy
螺旋星系的磁场是如此的强，以至于它们不可能是原始的。它们的典型值比早期宇宙预测的任何值都高出10亿倍以上。解释这种巨大的增长并将其纳入星系演化理论是天体物理学长期面临的挑战之一。到目前为止，银河系磁场持续增长的最成功的理论是阿尔法-欧米茄发电机。这个理论预言了星系磁场的特征性偶极或四极形态，这在外部星系中已经被观察到。然而，到目前为止，还没有直接的示范平均场发电机操作的直接，多物理模拟的螺旋星系。我们在这项工作中这样做。我们采用孤立的，恒星形成的螺旋星系，包括一个磁化的气体盘，一个暗物质晕，恒星和恒星反馈的数值模型。自然地，所产生的磁场具有包括强随机分量的复杂形态。使用小尺度上的磁场的平滑，我们能够从湍流分量中分离出平均值，并单独分析它们。我们发现，一个平均场发电机自然发生的结果，星系的动力学演化和放大的磁场的数量级超过半个陀螺仪。尽管这些模型的高度动态的性质，场的平均分量的形态是相同的分析预测。这一结果强调了平均场发电机在星系演化中的重要性。而且，通过演示磁场在复杂的银河系环境中的自然增长，使我们更接近理解磁场的宇宙起源。
2020-06-22 astro-ph.GA
Statistical tests of galactic dynamo theory
平均场星系发电机理论是解释旋涡星系中规则磁场普遍存在的主要理论，但它与观测结果的系统比较仍然是不完整和不完整的。在这里，我们比较预测的平均场发电机模型的观测数据的磁俯仰角和强度的平均磁场。我们证明了一个标准的$α^2Ω$发电机模型产生的俯仰角的规则磁场附近的星系是合理的与现有的数据相一致。发电机估计的磁场强度一般是在几个观测值的一个因素。理论俯仰角和观测俯仰角之间的合理一致性通常要求湍流相关时间$τ$在10 - 20百万年的范围内，与标准估计值一致。此外，良好的协议还要求电离气体尺度高度的均方根湍流速度的比值随半径的增加。因此，我们的研究结果拓宽了可能性，以约束星际介质（ISM）参数的观测磁场。这项工作是迈向星系发电机理论的系统统计检验的一步。随着使用当前和未来的仪器获得更大的数据集，这种研究变得越来越可行。
2016-09-19 astro-ph.GA
Global simulations of the magnetic field evolution under the influence of the cosmic-ray-driven dynamo
我们提出了三维全球数值模拟的宇宙线（CR）驱动的发电机在棒星系。本文研究了在非轴对称势分量存在下棒星系星际介质的演化，酒吧磁流体动力发电机是由CRs驱动的，CRs由超新星（SN）遗迹持续提供给磁盘。模拟开始时没有磁场，但十分之一的SN爆炸是小规模随机定向偶极磁场的来源。在所有的模型中，我们假设10^51尔格SN动能输出的10%转化为CR能量。为了将我们的结果直接与观测到的星系特性进行比较，我们构建了偏振射电辐射的真实地图。主要结果是，在棒星系中，CR驱动的发电机可以在几个Gyr内将弱磁场放大到几μG。得到的e-折叠时间等于300 Myr，磁场在t ~ 4.0 Gyr时达到均分。最初，完全随机的磁场演变成大尺度结构。可以观察到相对于银道面的均匀（四极型）磁场配置。此外，模拟的磁场配置类似于在棒星系中观察到的偏振强度的地图。极化矢量沿杆和旋臂之间分布。此外，在整个模拟时间内观察到磁臂相对于气体密度分布中的螺旋图案的漂移。
2011-06-01 astro-ph.GA
Galactic Dynamos
本文综述星系发电机理论，指出高磁雷诺数下饱和磁场能量密度下降的未解难题，强调小尺度发电机与星系周介质的关键作用，并展望未来研究聚焦宇宙学演化与CGM交互。
2023-08-30 astro-ph.GA
Collapse-accelerated small-scale dynamos in the first stars and galaxies
International Centre for Theoretical Sciences（国际理论科学中心）
本研究探讨引力坍缩对小尺度发电机放大磁场的影响，发现坍缩可显著加速发电机，使磁场在坍缩时间内达到动力学显著强度，影响第一代恒星与星系的形成与演化。
2026-10-05 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.SR
Magnetic field reversals and galactic dynamos
我们认为，全球磁场逆转类似于在银河系中观察到的平均场银河发电机模型，具有相对较强的，随机的，种子磁场，是本地化的离散区域中经常发生。随着种子强度、银河发电机效率和种子场斑点大小的降低，逆转次数减少到零。在一个有代表性的样本的旋涡星系的磁场反转的系统观测搜索承诺提供有价值的信息种子磁场，并以这种方式，澄清星系磁场演化的初始阶段。
2012-08-16 astro-ph.GA
Dynamo saturation in direct simulations of the multi-phase turbulent interstellar medium
通过偏振同步辐射在邻近盘星系中观测到的有序磁场可以用弥散星际介质（ISM）中的平均场发电机来解释。此外，垂直通量的初始条件可能会影响这个发电机通过发生的磁旋转不稳定性（MRI）。我们的目的是研究不同的初始场配置的平均场发电机的饱和状态的影响。这是由先前对不同超新星速率获得不同饱和行为的观察所激发的。我们进行直接数值模拟（DNS）的垂直分层，湍流星际介质的三维本地盒，采用水平剪切周期性边界条件。与我们以前的工作不同，我们还施加了垂直种子磁场。我们运行模拟，直到磁能的增长变得可以忽略不计。此外，我们进行模拟等效的1D发电机模型，与代数淬火机制的发电机系数。我们比较了DNS中磁场的饱和与平均场发电机的代数淬火。在直接模拟中发现的最终磁场强度与淬火的$αΩ$ ~发电机非常一致。对于代表银河系的超新星速率，通过银河风的场损失可能是饱和的原因。我们的结论是，在旋涡星系的湍流和规则的磁场的相对强度可能取决于星系的恒星形成率。我们建议，一个平均场的方法与代数淬火可以作为一个简单的亚网格尺度模型的星系演化模拟，包括一个规定的反馈磁场。
2015-10-14 astro-ph.GA
Galactic winds and the origin of large-scale magnetic fields
对矮星系的观测表明存在大尺度磁场。然而，这些星系的大小和缓慢的旋转似乎不足以支持一个平均场发电机的行动，以激发这样的领域。在这里，我们提出了一个新的机制来解释大规模的磁场在星系太小，以支持平均场发电机行动。关键的想法是，我们不确定大规模和平均磁场。在我们的方案中，磁结构起源于一个小规模的发电机，它产生小规模的磁场在银盘和银河风，运输到星系晕在那里的大湍流扩散的规模和秩序的字段。其结果是，磁场变得大规模，但其平均值仍然在严格意义上为零。我们验证了这一想法的数值模拟两个不同的简化配置，薄盘模型使用无$z$近似，和轴对称模型使用圆柱$r,z$坐标。这些都允许减少的问题，以两个空间维度。总之，这些模型支持这样一个命题，即总的趋势将在一个完全的3D模型中持续下去。我们证明，一个明显的大规模的模式可以在星系晕的发电机管理参数的广泛选择。我们相信，我们的机制可以解释在矮星系晕中观察到的场的存在。我们强调，所提出的方案的详细建模需要三维模拟，并调整矮星系的具体发电机管理参数。
2016-10-24 astro-ph.GA
The connection between the peaks in velocity dispersion and star-forming clumps of turbulent galaxies
我们提出了Keck/OSIRIS自适应光学观测与150-400 pc的空间采样的7个湍流，clusiveddisc星系从CASTO样本（$0.07<z<0.2$）。DYNAMO星系此前已被证明在性质上与$z\sim1.5$的主序星星系非常匹配。积分场光谱观测使用自适应光学受到一些系统，包括一个可变的PSF和空间采样，我们在我们的分析占。我们目前的气体速度色散图校正这些影响，并确认，即使在高空间采样的星系有高的气体速度色散（$σ=40-80$ \kms）。我们发现7个星系中有6个具有统计学意义的结构。最常见的速度弥散峰和发射线峰之间的距离是$\sim0.5$ ~kpc，我们注意到这与用HST H $α$图测量的团块的平均尺寸非常相似。这可能表明，在星系团的速度色散的峰值可能会出现由于一些相互作用之间的团块和周围的ISM星系，虽然我们的观察不能区分流出，流入或速度剪切。需要对更大范围的星系进行观测来证实这一结果。
2017-10-25 astro-ph.GA
Building stellar bulges and halo cores from massive clumps observed in the DYNAMO-HST sample
本研究通过 N 体模拟检验 DYNAMO-HST 大质量恒星团块内迁如何形成核球并加热暗晕成核，揭示团块轮廓与晕性质对星系质量分布和旋转曲线多样性的影响。
2024-02-28 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
Turbulent Magnetic Dynamos with Halo Lags, Winds, and Jets
本文基于经典方程提出了尺度不变/自相似星系磁发电机模型，并将其与最近观测到的边缘旋涡星系磁场进行了定性比较。我们根据轴对称发电机磁场的分离源、平流通量和亚尺度湍流对轴对称发电机磁场进行分类。在合理的物理条件下，我们忽略扩散项。存在由全局守恒量确定的时间依赖性。我们发现，磁标度的高度增加半径和风速。基于次尺度涡度增加的发电机作用，我们认为活动星系核外流是大尺度星系发电机的一个重要组成部分。这使我们{ \it predict}相干星系磁场的形态（即扩展的极化通量）和活动星系核的存在之间的相关性。
2021-07-22 astro-ph.GA
Extreme gas fractions in clumpy, turbulent disk galaxies at z~0.1
在这封信中，我们报告了CO通量的发现，这表明在附近的宇宙（z ~ 0.1）中看到的三个盘状星系中有非常高的气体分数。这些星系是作为新组装大质量天体动力学（DYNAMICS of Newly Assembled Massive Objects）调查的一部分进行研究的。哈勃太空望远镜对这些天体的高分辨率成像揭示了星系体内存在大型恒星形成团块，而红移的H α空间分辨光谱揭示了高色散旋转盘的存在。这些星系的内部动力学状态类似于在更高的红移（1 < z < 3）下看到的盘系统。利用Plateau de Bure干涉仪对CO（1-0）的观测，我们发现气体分数为20-30%，耗尽时间为tdep ~ 0.5 Gyr（假设一个类似银河系的CO转换因子）。这些性质不同于那些具有可比的特定恒星形成率的低红移星系的预期性质，但它们对于高z星系是正常的。星系的气体分数和红移之间的简并打破，我们表明，耗尽时间每特定的恒星形成率的星系是密切相关的气体分数，独立的红移。我们还表明，我们的两个本地目标的气体动力学对应于那些预期从不稳定的磁盘，再次类似于高Z磁盘的动态。这些结果提供的证据表明，星系是本地类似的cloudos，湍流盘，这是经常发现在高红移。
2014-05-28 astro-ph.GA
DYNAMO II: Coupled Stellar and Ionized Gas Kinematics in Two Low Redshift Clumpy Disks
我们研究了两个恒星形成星系在z = 0.1的空间分辨恒星运动学的较大的动态新组装的大质量天体（DYNAMO）样本。这些星系的特点是有大量的恒星形成和大量的电离气体速度色散，被认为是高红移星团盘的可能类似物。它们是在双子座天文台使用GMOS仪器以积分场光谱（IFS）模式进行观测的，具有高光谱分辨率（R=5400，相当于观测波长下的24 km/s）和6小时曝光时间，以便通过吸收线测量解析的恒星运动学。我们还获得了比以前的观测更高质量的发射线运动学。空间分辨率（1.2 kpc）足以显示这些星系中的电离气体（由H-β辐射追踪）在形态上是不规则的，形成多个巨大的团块，而恒星连续光是平滑的，可以用指数分布来描述。IFS数据中观察到的星团气体形态得到了哈勃太空望远镜互补窄带H-α成像的证实。恒星和电离气体之间的形态差异并没有被动态地反映出来，因为恒星运动学被发现与电离气体的运动学密切相关：两个组件都以大的速度色散（~40 km/s）平滑地旋转，这表明高气体色散主要不是由恒星形成反馈驱动的。此外，这些星系的恒星星族年龄估计相当年轻（60-500百万年）。这些年轻的恒星测量的大速度色散表明，我们看到的厚盘和/或恒星隆起的形成，在最近的模型，产生这些从cluerous星系在高红移的支持。
2014-05-26 astro-ph.GA
The Origin of Large-Scale Magnetic Fields in Low-Mass Galaxies
大规模磁场的起源，在一些低质量（矮和不规则）星系通过偏振同步辐射和法拉第旋转检测，仍然无法解释很长一段时间。我们认为，平均场发电机可以活跃在这类星系，尽管他们的旋转缓慢，因为他们的磁盘相对较厚。早期对低质量星系中平均场发电机作用的可能性的评估依赖于适用于$\textit{thin}$盘的估计，例如大质量螺旋星系中的估计。使用数量级的估计和数值解，我们表明，差分旋转的强度需要放大磁场减少的银河系气体层的纵横比的增加。这样，大尺度磁场的起源之谜似乎得到了解决。因此，这类星系为检验我们对星系磁性的理解提供了一个新的基础。
2019-10-15 astro-ph.GA
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
Modeling astrophysical outflows via the unified Dynamo-Reverse Dynamo mechanism
在广泛的天体物理学背景下，统一的动力-反向动力（Dy-RDy）机制，能够同时产生大规模的外流和磁场从周围的微观水库，探索。Dy-RDy机制是通过霍尔磁流体力学推导的，它统一了磁场和流体涡量的演化。它还引入了一个内在的长度尺度，离子趋肤深度，允许适当的归一化和分类的微观和宏观尺度。大规模的阿尔文马赫数$\mathcal{M}_{A}$，定义的相对“丰度”的流场的磁场被证明是绑定到一个微观尺度的长度，反映了周围的短尺度水库的特点。发电机（Dy），优先产生大规模的磁场，是占主导地位的模式时，环境湍流主要是动力学，而流出产生反向发电机（RDy）是一个磁主导的湍流水库的主要表现。据证实，有效的RDy可能是许多观测到的具有$\mathcal{M}_{A} \gg 1$的天体物理外流的来源。
2015-01-26 astro-ph.GA astro-ph.HE astro-ph.SR
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
Evolution of galactic magnetic fields
我们采用半解析的星系形成模型和数值发电机解算器，研究了在宇宙学代表体积内大样本旋涡星系的磁场的宇宙演化。首先，我们推导出时间和半径依赖的星系性质的galform星系形成模型，然后送入非线性平均场发电机方程。这些都解决了大规模的（平均）场作为时间和galactocentric半径的函数薄盘，假设轴对称。一个简单的处方的小尺度（随机）磁场分量的演变也被采用。我们发现，虽然大多数大质量星系的预测有大规模的磁场在红移z=0，其中很大一部分预计包含可以忽略不计的大规模的字段。我们的模型表明，对于当今大多数包含大规模磁场的星系来说，平均场发电机在z<3时变得活跃。我们计算的径向配置文件的俯仰角，并找到广泛的协议与观测数据附近的星系。
2018-12-05 astro-ph.GA
Towards robust simulations of the galactic dynamo: a cross-code comparison between Eulerian and Lagrangian schemes
University of Maryland（马里兰大学）；Harvard & Smithsonian（哈佛-史密森尼天体物理中心）；University of North Carolina at Chapel Hill（北卡罗来纳大学教堂山分校）；University of Bologna（博洛尼亚大学）；INAF, Astrophysics and Space Science Observatory Bologna（意大利国家天体物理研究所博洛尼亚天文台）；Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam (AIP)（波茨坦阿斯特拉物理学莱布尼茨研究所）；Leiden University（莱顿大学）
本文首次系统比较欧拉与拉格朗日MHD代码（ART、RAMSES、AREPO、SWIFT）模拟星系发电机，发现磁场放大强烈依赖数值格式，并证明降低AREPO网格速度可与其他静态网格代码结果一致。
2026-10-05 astro-ph.GA
DYNAMO I: A Sample of Ha-Luminous Galaxies with Resolved Kinematics
（略）CAMO是一个多波长，空间分辨的本地（$z \sim 0.1$）恒星形成星系的调查，旨在通过与z~2样本的比较来研究演化。一半的样品具有> $10^{42}$ erg/s的积分H-α光度，这是在z~2处分辨光谱的典型下限。样本涵盖了恒星质量（$10^9$ - $10^{11}$ Msun）和恒星形成速率（0.2-100 Msun/年）的范围。在这一系列的第一篇论文中，我们提出了67个星系样本的H-α发射的积分场光谱。我们推断，在我们的样品气体分数高达~0.8，高于典型的本地星系。COLDGASS发现，在恒星形成率低于10 Msun/年的星系中，气体分数与恒星质量相关，但恒星形成率较高的星系的气体分数高于预期。含气率与气体速度弥散之间的相关性很弱。在样本中，被视觉上归类为圆盘状的Galvanian从局部恒星质量的Tully-Fisher关系中偏移到更高的圆周速度，但是当气体和恒星都包含在重子Tully-Fisher关系中时，这种偏移就消失了。样品的平均气体速度色散为~50 km/s，大多数圆盘的V/sigma范围为2至10，类似于高红移的“湍流”星系。我们的样本中有一半显示出圆盘状旋转，而约20%的样本没有显示出旋转的迹象。旋转和非旋转之间的区别大约是...
2013-10-23 astro-ph.CO astro-ph.GA
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
Multiscale magnetic fields in spiral galaxies: evolution and reversals
附近恒星形成星系的磁场揭示了大尺度模式和小尺度结构。大规模的场反转可能存在于银河系中，但迄今为止在外部星系中还没有观察到这样的反转。在建立星系磁场演化模型时，需要考虑星系恒星形成区的影响，然后将其与未来的射电偏振观测进行比较。大规模磁场反转的原因也需要澄清。我们的孤立盘星系的场演化模型包括一个标准的平均场发电机和连续注入的湍流场（超新星爆炸的影响）在离散的恒星形成区域的隐式小尺度发电机行动。计算了射电同步辐射和法拉第旋转测量的合成图。一个大规模的发电机是必不可少的，以获得规则的大规模螺旋磁场，在许多星系中观察到。这些出现在kpc尺度上，在1-2 Gyr（红移4-3）之后，与湍流接近能量平衡。湍流场注入产生小尺度场结构。根据模型参数，大规模的场反转可能会持续许多陀螺仪，并可以生存到目前的时代。来自年轻星系的显著偏振射电同步辐射预计在红移小于4。法拉第旋转测量（RM）是检测场反转的关键。在红移小于3的情况下，可以观察到大尺度的旋转模式。我们的模型可以解释一般形式的轴对称螺旋领域与许多地方的扭曲，在附近的星系中观察到的。对于一个稍微不同的参数选择，大规模的场反转可以持续整个星系的生命周期。将我们的合成地图与计划中的平方公里阵列（SKA）对遥远星系的未来观测进行比较，将使模型更加精确。
2011-09-19 astro-ph.GA
The relation between magnetic and material arms in models for spiral galaxies
上下文对偏振射电辐射的观测表明，旋涡星系中的大尺度（规则）磁场不是轴对称的，但通常在臂间区域较强。在一些邻近的星系，如NGC 6946，它们被组织在位于物质旋臂之间的狭窄磁臂中。目标。磁臂现象及其与光学旋臂（物质臂）的关系需要在银河发电机理论的框架内加以解释。已经提出了几种可能性，但并不完全令人满意;在这里，我们试图进行一致的调查。方法.我们使用一个2D平均场发电机模型中的no-z近似和添加注入的小规模磁场，采取超新星爆炸的结果，以表示发电机行动的影响在较小的尺度。这种小尺度场的注入位于螺旋臂上，那里是恒星形成最多的地方。结果磁臂是物质臂对发电机机制的调制的结果，这种简单的解释很难产生明显的磁臂，至少在现实的参数下是这样，而不会引入新的效应，如科里奥利力和α效应之间的时滞。与此相反，通过明确地考虑到小尺度磁场，即通过集中在那里的恒星形成区的作用注入到臂中，我们可以获得具有各种形式的磁结构的发电机模型，这些磁结构可以与磁臂进行比较。（焦v）。结论.我们的结论是，磁臂可以被认为是由大规模发电机行动产生的相干磁结构，并与空间调制的小尺度磁波动，所造成的增强的恒星形成率内的材料臂。
2013-07-04 astro-ph.CO astro-ph.GA
The formation of regular interarm magnetic fields in spiral galaxies
对附近几个星系中规则磁场的观测揭示了位于物质臂之间的磁臂。这些磁臂的性质是一个积极辩论的话题。以前我们发现了一个暗示，考虑到注入产生的小规模磁场的影响，例如，通过湍流发电机的作用，进入大规模的银河发电机可以导致磁臂的形成。我们现在调查的联合作用的臂/interarm湍流扩散率的对比度和注入的小规模磁场的大规模磁场（“磁臂”）在interarm区域的形成。我们使用相对简单的“无$z$“模型来描述银河发电机。这涉及到的方位角和径向磁场分量的银河赤道平面上的投影;场分量的银河平面正交估计从螺线管条件。我们发现，除了扩散率梯度的磁场注射的效果，使磁臂更加明显。特别是，规则的磁场组件变得更大的臂间空间相比，在材料arms.The湍流扩散率对比度和小规模的磁场注入（与先前建议的其他影响的可能参与）的联合行动似乎是一个合理的解释磁臂的现象。
2015-05-18 astro-ph.GA
Simulating radio synchrotron emission in star-forming galaxies: small-scale magnetic dynamo and the origin of the far infrared-radio correlation
在恒星形成星系中，远红外（FIR）和射电连续谱光度在很大的恒星形成率（SFR）范围内服从紧密的经验关系。我们研究磁流体动力学星系模拟与宇宙射线（CR），占其平流和各向异性扩散运输。我们发现原星系的引力坍缩产生了一个波纹状的吸积激波，它注入了湍流并驱动了一个小尺度的磁发电机。作为冲击向外传播和相关的湍流衰减，大的速度剪切之间的超音速旋转的冷盘相对于（部分）压力支持的热环星系介质激发开尔文-亥姆霍兹表面和身体模式。这些粒子注入湍流并驱动多个小型发电机，以指数方式放大磁场。它们的规模增长，达到均分与银河系质量的星系中的热和CR能量。在小星系中，磁场能量在湍流能量处饱和，而与热能和CR能量不能达到均分。我们解决了CR质子，次级电子/正电子从强子CR质子与星际介质的相互作用，并在超新星初级冲击加速电子的稳态光谱。无线电同步辐射主要是由初级电子，照射我们模拟的银河系质量的星系的磁化盘，凸起和气泡状的磁加载流出。我们的恒星形成和恒星爆发的饱和磁场的星系匹配的全球FIR无线电相关（FRC）在四个数量级。它的内在散射是由于（i）不同的种子磁场导致的不同的磁饱和水平，（ii）在固定的SFR下不同的特定SFR的不同射电同步辐射光度和（iii）随银河系倾角变化的射电强度。（节略）
2022-07-05 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
A Subgrid Turbulent Mean Field Dynamo Model for Cosmological Galaxy Formation Simulations
直到最近，由于数值技术的进步和对星系形成物理的更好理解，磁场才被纳入星系形成的宇宙学模拟中。在本文中，我们发展了一个新的亚格子模型的湍流发电机，发生在超声速星际介质中的恒星形成星系。它是基于一个平均场的方法，计算在未解决的尺度（所谓的亚网格尺度）的湍流动能，并修改感应方程占相应的$α$发电机。我们的次网格模型依赖于一个自由参数，淬火参数，控制饱和的次网格发电机。多亏了这种平均场方法，我们现在可以模拟湍流恒星形成星系内部磁场的快速放大，而不依赖于人为的强初始场，也不使用昂贵的高分辨率模拟。我们发现，在我们的放大银河系类星系的磁场的演化是一致的一个简单的图片，其中该领域是均分与恒星形成盘内的湍流动能，与磁场强度约10 $μ$ G在低红移，而在同一时间，强大的星系外流填充晕稍弱的磁场，其强度（10 nG）是一致的，将是理想的MHD稀释因子。我们的结果与最近的理论和数值预测吻合得很好。我们还比较了我们的模拟与法拉第深度观测在低和高红移，看到整体良好的协议与一些警告。我们的模型自然地预测了在高红移时（星系中约100 $μ$ G，晕中约1 $μ$ G）的更强磁场，但由于早期较强的湍流，也会产生更强的去极化效应。
2022-05-12 astro-ph.GA
On the Combined Role of Cosmic Rays and Supernova-Driven Turbulence for Galactic Dynamos
在附近星系中观测到的大尺度相干磁场被认为是由平均场发电机产生的。这是由湍流电动势（EMF，$\overline{\mathcal{E}} $）控制的，该电动势由超新星（SN）爆炸驱动的螺旋湍流在差速旋转的星际介质（ISM）中产生。在本文中，我们的目的是调查的可能性发电机行动凭借浮力由于宇宙射线（CR）的组成部分注入通过SN爆炸。我们通过分析ISM局部剪切盒的磁流体动力学模拟来做到这一点，其中湍流是通过随机SN爆炸驱动的，并且爆炸的能量分布在CR和/或热能分量中。我们使用磁场排列扩散公式来计算CR的传播。我们将CR组件模型中的磁场演变与我们之前未涉及CR的模型进行了比较。我们证明，CR组件的列入略有提高发电机的增长。我们进一步使用测试场方法计算了潜在的发电机系数，并认为大尺度平均磁场的整个演化可以用$α-Ω$发电机模型再现。我们还表明，包含CR分量导致之间的不平衡的湍流抽运磁场组件和附加的发电机作用的Rädler效应。
2020-10-07 astro-ph.GA
Non-linear Galactic Dynamos and the Magnetic Rädler Effect
我们表明，平均场发电机理论的Rädler效应的磁模拟导致了一个非线性的逆反应，淬火一个大规模的银河发电机，并可能导致饱和的大规模磁场在近均分湍流动能密度。在包含小尺度磁波动的旋转流体中，平均电动势中的各向异性项通过科里奥利效应引起，这些项导致主要是$αΩ$型星系发电机的增长率降低（Chamandy & Singh 2017）。通过包括由大尺度磁场的湍流缠结产生的小尺度磁波动，人们获得负反馈效应，该负反馈效应使发电机失超并导致大尺度场的饱和。对于真实的银河系参数值，这种饱和机制与动态$α$ -猝灭机制具有竞争性。此外，在动力学$α$ -猝灭模型的背景下，获得了一个单独的非线性项，其具有与Vishniac & Cho（2001）的螺旋度通量项相同的形式，但其取决于小尺度磁波动的强度。我们简要地讨论了星系的磁Rädler效应的观测意义。
2018-08-24 astro-ph.GA
Steady Galactic Dynamos and Observational Consequences I: Halo Magnetic Fields
我们研究的稳定，轴对称，平均场发电机的螺旋星系晕的全球后果。我们使用的经典理论，但添加的可能性，使用的速度场分量作为参数，除了螺旋度和扩散率。分析是基于最简单的版本的理论，并使用尺度不变的解决方案。速度场（受限制）是一个规模不变的领域在一个“模式”的框架，在一个完整的动力学理论的地方。参考的“模式框架”可以是系统框架，也可以是某种刚性旋转的螺旋模式框架。磁场的一种类型的解决方案产生离轴、绕线的磁场线。这些预测符号变化的法拉第屏幕旋转措施在每个象限的晕的边缘上的星系。在CHANGE-ES巡天中观测到了这种自转测量振荡。
2017-06-19 astro-ph.GA
On the spatial and temporal non-locality of dynamo mean-field effects in supersonic interstellar turbulence
银河系的星际介质和附近的盘状星系拥有大规模的微高斯强度的相干磁场，这可以通过平均场发电机的作用来解释。在我们以前的工作中，我们的目标是量化发电机的影响，是自洽出现在现实的直接磁流体动力学模拟，但我们概括了我们的方法的情况下，非本地（非瞬时）封闭关系，在空间（时间）的卷积积分。为此，我们利用我们的全面模拟框架的超新星调节湍流多相星际介质。通过引入空间（时间）调制的平均场，我们将以前使用的测试场方法扩展到频谱领域-提供卷积核的傅立叶表示。由此产生的发电机平均场系数，我们得到广泛匹配的期望，并允许严格限制在银河系发电机的尺度分离的程度。一个令人惊讶的结果被发现的抗磁泵浦项，其幅度增加时，去较小的规模。我们的研究结果是迄今为止银河系中发电机平均场效应的最全面的描述。调查相关的参数空间和淬火行为，这将最终使发展的无反射子网格处方，否则未解决的全球星系模拟。
2020-03-05 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
Magnetic field evolution in dwarf and Magellanic-type galaxies
对低质量星系的射电观测显示，在许多情况下，它们的磁场水平高得惊人。这些物体的质量和运动学不利于发展有效的大规模发电机行动。我们试图检查宇宙射线驱动的发电机是否可以对这类研究不足的物体的测量磁化负责。我们研究了如何星暴事件的整体，以及当银河系盘的一部分，影响磁场的演变。我们创建了一个模型的矮/麦哲伦型星系所描述的引力势由两个组成部分：恒星和暗物质晕。该模型是通过求解一个三维（3D）磁流体动力学方程与一个额外的宇宙射线分量，这是近似为流体。宇宙射线驱动的发电机有效地工作，足以放大磁场，即使在低质量的矮/麦哲伦型星系中也是如此。对于慢（50 km/s）和快（100 km/s）旋转体，磁能增长的$e$折叠时间分别为0.50和0.25 Gyr。当系统达到动能、磁能和宇宙射线能量的均分水平时，放大作用被抑制了。恒星形成爆发的一个插曲放大了磁场，但只有很短的时间，而增加恒星形成活动保持。我们发现，大量的气体从星系盘中排出，而星暴事件增加了这一过程的效率。
2018-01-09 astro-ph.GA
Magnetic Field Amplification in Young Galaxies
目前的宇宙是高度磁化的，在像银河系这样的典型星系中，磁场的量级为几个10^-5 G，相干长度大于10 kpc。我们认为，磁场在星系的形成和早期演化过程中已经被放大到这个值。年轻星系中的湍流是由吸积和第一代恒星的超新星（SN）爆炸驱动的。小尺度发电机可以将湍流动能转化为磁能，并在短时间尺度上放大非常弱的原始磁种子场。放大发生在两个阶段：在运动学阶段的磁场指数增长，最大的增长在最小的非电阻规模。在接下来的非线性阶段，磁能向更大的尺度移动，直到发电机在湍流强迫尺度上饱和。为了定量描述磁场的放大，我们建立了年轻星系星际介质的微观物理模型，并确定了小尺度发电机的增长率。我们估计两个湍流强迫机制：吸积驱动的湍流和SN驱动的湍流的饱和场强和发电机时标。我们比较他们达到的场强，当只有恒星磁场分布的SN爆炸。我们发现，小尺度发电机是更有效地磁化年轻星系的ISM。在吸积驱动的湍流中，经过2400万年~ 27000万年的时间，磁场强度达到10^-6 G的量级;而在SN驱动的湍流中，仅仅经过400万年~ 1500万年，发电机就在典型的10^-5 G的磁场强度下饱和。这比哈勃时间短得多。我们的工作可以帮助理解为什么今天的星系是高度磁化的。
2013-11-10 astro-ph.CO astro-ph.GA physics.flu-dyn
Nonlinear Galactic Dynamos and the Magnetic Pitch Angle
螺旋星系的大尺度磁场$\overline{\bf{\it{B}}}$的俯仰角$p$先前已经从观测中推断出系统性地大于标准平均场发电机理论预测的幅度。如果发电机增长已经饱和，这种差异会更加明显，这是合理的假设，因为这种场通常被推断为接近星际湍流的能量均分。这个“俯仰角问题”的探讨，使用本地数值平均场发电机的解决方案，以及渐近解析解。它首先表明，在饱和或运动制度的解决方案取决于只有五个发电机参数，其中两个是严格约束的星系旋转曲线的观测。剩余的3维（无量纲）参数空间可以使用理论论证在一定程度上被约束。$|p|$的预测值可以与$\sim40^\circ$一样大，这与从观测推断的最大值相似，但仅适用于参数空间的小且非标准区域。我们认为，基于独立的证据，这种非标准的参数值是合理的。然而，这些值位于允许的参数空间的边界附近，这表明可能需要合并其他物理效应。因此，我们提出了可能的方向，为扩展所考虑的基本模型。
2015-07-17 astro-ph.GA
Non-linear galactic dynamos: A toolbox
我们比较各种模型和近似的非线性平均场发电机在盘星系，以评估其适用性和准确性，从而提出了一套简单的解决方案，适合在各种情况下模拟大规模的银河系磁场。发电机饱和机制被认为是磁螺旋度平衡涉及螺旋度通量（动态$α$淬火）和代数$α$淬火。非线性的解决方案，然后与边缘运动学和渐近解进行比较。我们还讨论了无$z$近似的精度。虽然这些工具在近似程度和复杂性上有很大的不同，但它们都导致了平均磁场的非常相似的解。特别是，我们表明，代数$α$淬火的非线性可以得到一个更物理的动力学$α$淬火模型在近方位磁场的限制。这表明，例如，基于简单的代数非线性的星系盘发电机的早期结果可能是可靠的，而基于简单的估计，甚至线性模型往往是一个很好的起点。我们建议改进的无$z$和代数$α$淬火模型，并将银河流出到一个简单的分析发电机模型，以表明流出可以产生领先的磁盘表面附近的磁螺旋。简单的发电机模型开发应用于估计的磁桨距角和臂间的对比度在饱和磁场强度的现实参数值。
2014-06-24 astro-ph.GA
Turbulent transport coefficients in galactic dynamo simulations using singular value decomposition
盘星系中的相干磁场被认为是由运行在其星际介质中的大尺度（或平均场）发电机产生的。平均磁场增长的一个关键驱动因素是湍流电动势（EMF），它代表了相关的小尺度（或波动）速度和磁场对平均场的影响。电动势通常表示为平均磁场及其导数的线性展开，其中发电机张量作为展开系数。在这里，我们采用奇异值分解（SVD）的方法来直接测量这些湍流输运系数的湍流星际介质，实现了大规模发电机的模拟。具体地说，奇异值分解是用来最小二乘拟合的时间序列数据的EMF与平均场及其衍生物，以确定这些系数。我们证明了从SVD系数重建的EMF的空间分布与直接从模拟中获得的空间分布相匹配。此外，作为一个直接的测试，我们使用的系数来模拟一个1-D平均场发电机模型，并发现发电机模型和直接模拟之间的平均磁场的演变的整体相似性。我们还比较了结果与使用简单回归和以前使用测试场（TF）方法获得的结果，找到合理的定性协议。总的来说，SVD方法提供了一个有效的后处理工具，以确定湍流输运系数的模拟。
2019-09-18 astro-ph.GA
Magnetic fields and halos in spiral galaxies
射电连续谱观测可以揭示附近旋涡星系盘和晕的磁场结构，它们的磁场强度和垂直尺度高度。迄今为止研究的旋涡星系显示出类似的磁场模式，即沿盘平面呈螺旋形，晕中呈X形，有时在盘中心区域的上方和下方伴有强垂直场。晕场的强度与盘的强度相当。总磁场和湍流磁场强度随着恒星的形成而（微弱地）增加。然而，有迹象表明，更强的恒星形成降低了全球磁场的规律性。螺旋星系中的磁场一般被认为是由发电机作用放大和维持的。在星系的形成和演化过程中，湍流发电机将磁场强度放大到与湍流气体能量均分，而大尺度（平均场）发电机主要对磁场进行排序。因此，大尺度磁场图案随时间演变。超新星爆炸会进一步持续注入湍流磁场。假设这种小规模的磁场注入只位于恒星形成最多的旋臂区域内，就会导致大规模的磁场结构，其中磁场规则性在臂间区域更强，正如在附近的几个螺旋星系中所观察到的那样。在几个不同哈勃型恒星形成的旋涡星系中发现相似的标度高度，暗示了星系风、总磁场强度与星系中恒星形成之间的关系。银河风可能是有效发电机作用的必要条件。然而，强的潮汐相互作用似乎打破了平衡，导致了在M82和NGC~4631中观测到的偏离和局部不同的尺度高度。
2014-01-07 astro-ph.CO astro-ph.GA
