MHD 星际湍流的密度研究：统计矩、相关性和双谱

我们提出了一系列用于研究分子云和弥散星际介质中湍流的统计工具。在我们的测试中，使用了在不同声速马赫数和阿尔文马赫数下进行的 512 立方体三维可压缩 MHD 等温模拟。我们引入了双谱，这是一种用于星际介质统计研究的新工具，与普通的湍流功率谱不同，它保留了随机场的相位信息。我们表明，三维随机密度场的双谱与可从观测中获得的柱密度的双谱相似。我们使用双谱技术来定义非线性波-波相互作用在湍流能量级联中的作用。我们还获得了密度和柱密度随磁场强度变化的双谱函数。较大的声速马赫数导致不同波数模式之间的相关性增加。这种效应随着磁场强度的增加而变得更加明显。除了双谱，我们还计算了密度和柱密度的三阶和四阶统计矩，即偏度和峰度。我们发现偏度和峰度与声速马赫数有很强的依赖性。特别是，随着该数的增加，密度分布的不对称性也随之增加。我们还研究了二维柱密度与速度弥散和磁场的相关性，以及三维密度与磁能和动能以及阿尔文马赫数的相关性，以便进行比较。我们的结果表明，对于高声速马赫数，柱密度与磁场呈线性相关。这种趋势与湍流动能无关，可用于表征星际介质中低密度团块的物理性质的不均匀性。