各向异性强磁化超声速湍流的密度方差多激波模型

激波构成了我们对超声速湍流流动(如冷星际介质(ISM)中所发现的)的密度和速度统计理解的基础。密度场的方差 $\sigma^2_{\rho/\rho_0}$ 对分子云(MCs)——宇宙中恒星的诞生地——尤为令人关注。密度方差可用于推断MC中的潜在物理过程,并参数化云的恒星形成(SF)率。然而,关于 $\sigma^2_{\rho/\rho_0}$ 的模型都有一个共同特征——即假设方差是各向同性的。当云中存在观测表明与某些MC相关的跨/亚阿尔文平均磁场 $\vec{B}_0$ 时,该假设不成立。我们利用相互正交传播的水动力学激波和快磁声波激波的贡献,发展了 $\sigma_{\rho/\rho_0}^2$ 的各向异性模型。我们的模型预测了在高马赫数 $(\mathcal{M})$ 极限下 $\sigma_{\rho/\rho_0}^2$ 的上界,因为小尺度密度涨落被强 $\vec{B}_0$ 抑制。在流体力学极限下,该模型退化为各向同性的 $\sigma_{\rho/\rho_0}^2-\mathcal{M}$ 关系。为验证我们的模型,我们从12个高分辨率、三维、超声速、亚阿尔文磁流体动力学(MHD)湍流模拟计算了 $\sigma_{\rho/\rho_0}^2$,发现与我们的理论吻合良好。我们讨论了两种MHD激波如何可能是某些MC中观测到的双峰取向过密度区,以及对存在亚阿尔文 $\vec{B}_0$ 时SF理论的影响。通过创建各向异性超声速密度涨落模型,本研究为星际湍流高度各向异性 regime 下的SF理论铺平了道路。