激波压缩星际介质中 HI 云的形成：纤维状结构与磁场间角度相关的物理起源

近期对银河系中性星际介质的观测表明，HI 云的纤维状结构与星际磁场对齐。基于这种对齐提出了许多有趣的应用，例如通过 Chandrasekhar-Fermi 方法测量磁场强度，以及去除偏振前景尘埃发射以探测宇宙微波背景辐射中的暴胀偏振发射。然而，这种对齐的物理起源仍有待解释。为了理解对齐机制，我们利用包含光学薄冷却和加热效应的三维磁流体动力学模拟，研究了由弥散温暖中性介质受激波压缩触发的 HI 云形成过程。我们表明，密度约为 $n\sim1\ \mathrm{cm}^{-3}$ 的激波压缩弥散星际介质通过冷却驱动的热不稳定性演化为典型密度约为 $n\sim50\ \mathrm{cm}^{-3}$ 的 HI 云，这与之前的研究一致。我们将 Clark 等人 (2014) 开发的机器视觉变换应用于模拟获得的柱密度结构，以测量 HI 云纤维状结构与磁场之间的角度相关性。我们发现，HI 纤维的取向取决于环境湍流速度场，特别是取决于沿磁场方向的剪切应变强度，而这由激波传播方向与上游磁场之间的夹角控制。当沿磁场的应变较弱时，HI 云的纤维状成分基本垂直于磁场排列。然而，如果我们增强沿磁场的湍流应变或在激波前介质中设置湍流，纤维状结构则会变得与磁场对齐。