部分电离介质中 MHD 湍流的阻尼
星系天体物理
2023-11-13 v2
摘要
星际介质中离子与中性粒子的耦合状态在磁流体动力学（MHD）湍流的动力学中起着关键作用，但在数值上难以研究。本文利用 AthenaK 代码生成的 3D 双流体（离子+中性粒子）模拟，研究部分电离介质中 MHD 湍流的阻尼。具体而言，我们考察了不同中性-离子耦合状态下双流体 MHD 湍流的速度、密度与磁场统计特性。结果表明，当离子与中性粒子强耦合时，速度统计类似于单流体 MHD 湍流；离子与中性粒子的速度结构和动能谱均相似，而其密度结构可能显著不同。由于离子中存在过量的小尺度尖锐密度涨落，离子的密度谱比中性粒子更平缓。当离子与中性粒子弱耦合时，由于离子-中性粒子碰撞摩擦，离子中的湍流比中性粒子受到更严重的阻尼，导致离子的动能谱和密度谱相较于 Kolmogorov 谱更陡。我们还发现，无论耦合状态如何，磁能谱基本遵循离子动能谱的形状。此外，我们发现离子和中性粒子中均存在较大的密度涨落，从而电离分数在空间上不均匀。因此，中性-离子退耦与 MHD 湍流阻尼在一系列长度尺度上发生。
引用
@article{arxiv.2306.10010,
title = {Damping of MHD Turbulence in A Partially Ionized Medium},
author = {Yue Hu and Siyao Xu and Lev Arzamasskiy and James M. Stone and A. Lazarian},
journal= {arXiv preprint arXiv:2306.10010},
year = {2023}
}
备注
17 pages, 14 figures, accepted for publication in MNRAS