磁场与旋涡星系的动力学

我们通过对受旋涡势作用的星系盘进行三维磁流体动力学 (MHD) 模拟，研究了旋涡星系中磁场的动力学。近期的流体动力学模拟表明，只要星际介质 (ISM) 模型包含冷 HI 相，就会形成臂间 spur 结构以及旋臂分子云。我们发现，在这些计算中加入磁场的主要效应是抑制盘中结构的形成。然而，只要包含冷相，若冷气体中 $\beta \gtrsim 0.1$，spur 结构和旋臂团块仍然存在。不过，两相计算的一个局限在于，假设初始分布均匀时，暖气体中 $\beta \gtrsim 10$，这强调了需要具有更一致初始条件和热力学性质的模型。我们仅包含暖气体的模拟未显示此类结构，无论磁场强度如何。此外，我们发现引入冷 HI 相自然地产生了观测到的磁场无序程度，而这在仅使用暖气体的模拟中是缺失的。虽然全局磁场遵循大尺度气体流动，但磁场还包含显著随机分量，该分量是由冷气体穿过旋涡激波时诱导的速度弥散产生的。若没有任何冷气体，暖相中的磁场除了在被旋涡激波压缩外，仍保持相对有序。我们的结果为旋涡星系中观测到的高比例无序磁场提供了自然解释，因此我们预测，在旋涡星系中观测到的磁场随机分量与有序分量的相对强度将取决于旋涡激波的动力学。