用于宇宙学星系形成模拟的亚网格湍流平均场发电机模型

由于数值技术的进展和对星系形成物理更好理解，磁场最近才被纳入星系形成的宇宙学模拟中。在本文中，我们为恒星形成星系中超音速星际介质里发生的湍流发电机开发了一个新的亚网格模型。它基于平均场方法，计算未分辨尺度（即所谓亚网格尺度）的湍流动能，并修改感应方程以考虑相应的$\alpha$发电机。我们的亚网格模型依赖于一个自由参数，即猝灭参数，它控制亚网格发电机的饱和。得益于这种平均场方法，我们现在可以模拟湍流恒星形成星系内磁场的快速放大，而无需依赖人为强初始场或禁止性昂贵的高分辨率模拟。我们表明，在我们的放大模拟银河系类星系中磁场的演化与一个简单的图像一致，其中磁场在恒星形成盘内与湍流动能达到均分，在低红移时场强约为10 $\mu$G，同时强星系外流以稍弱的磁场充满晕，其强度（10 nG）与理想MHD稀释因子一致。我们的结果与近期理论和数值预测吻合良好。我们还将我们的模拟与低红移和高红移的法拉第深度观测进行比较，总体看到良好一致性但存在一些注意事项。我们的模型自然预测高红移处更强磁场（星系内约100 $\mu$G，晕内约1 $\mu$G），但也因早期更强湍流导致更强退偏振效应。