原初 HII 区与超新星中的磁场放大

磁场遍布宇宙各个尺度，并在恒星形成过程中扮演关键角色。我们通过三项包含辐射输运的宇宙学磁流体动力学模拟，研究了一颗红移 $z \sim 15$ 处的大质量无金属（星族 III）恒星在其 HII 区增长及随后的超新星爆发过程中周围磁场的演化。鉴于早期宇宙磁场的理论不确定性和观测约束薄弱，我们以相同的初始条件初始化模拟，仅改变种子场强度。我们发现，在恒星形成前的引力坍缩阶段，磁场按 $\rho^{2/3}$ 增长，这与理想球对称坍缩模型的预期一致。大质量星族 III 恒星可通过辐射反馈将大部分气体从宿主暗晕中排出，我们发现此阶段磁场并未超出球对称坍缩标度关系而被放大。然而，此后当其超新星遗迹能够辐射冷却并碎裂时，壳层内及其周围的湍流速度场导致磁场显著放大，壳层内平均放大约 100 倍，反向激波后方放大高达 6 个数量级。在壳层内部，数密度为 1 cm$^{-3}$ 时场强约为几个 nG。我们证明这种增长主要由遗迹中的小尺度发电机作用引起。这些增强的磁场将传播到第一代星系中，可能影响其恒星形成的性质。