多相星际介质中衰减 MHD 湍流的长期演化

人们认为，星际介质 (ISM) 中的超声速湍流会在流动穿越时间内迅速衰减，而与磁化程度无关。然而，这种关于衰减磁流体动力学 (MHD) 湍流的普遍共识依赖于局部等温模拟，后者无法考虑磁场和 ISM 全局结构的作用。利用包含星际冷却和加热的三维 MHD 模拟，我们研究了嵌入在暖中性介质中的冷中性介质片层内的衰减 MHD 湍流。湍流动能的早期演化与先前关于衰减可压缩 MHD 湍流的结果一致，其特征是以 $E\propto t^{-1}$ 的幂律形式快速能量衰减，且衰减时间相对于流动穿越时间较短。然而，如果初始磁场较强且垂直于片层，动能的长期演化表明，对于具有周期性边界条件的模型，即使在十个流动穿越时间后，仍有大量湍流能量（$\sim 0.2E_0$）存留。对于此类初始和边界条件，衰减速率也随着场强的增加而大幅降低，但如果边界条件是针对完全孤立片层的，则不会出现这种情况。我们分析了剩余湍流的速度功率谱，结果表明在后期，平行于片层的平面内不可压缩运动占主导地位。