天体物理发电机的数值模拟及其在巨行星中的应用

磁场弥漫于天体物理系统中并强烈影响其动力学。由于磁扩散通常远快于系统演化，古老磁场无法解释行星、恒星和星系的当前磁化状态。相反，将流体运动转化为磁能的自持发电机提供了最稳健的解释。天体物理发电机的数值磁流体动力学模拟对理解这一现象至关重要。本论文使用自激发电机的数值模型在两个背景下展开研究：星际介质（ISM）和气态巨行星内部。首先，我使用Pencil Code进行三维MHD模拟，研究无旋、亚声速膨胀流中磁场的增长，这是超新星驱动的ISM运动的简化表示。这些无旋流模拟恒星爆炸和恒星风，驱动湍流并播种磁场放大。第二部分研究行星发电机。我概述了行星磁场的性质及其通过球壳中对流的建模。虽然已知许多系外行星，但其磁场仍难以探测，但可能通过新低频仪器观测到相干射电辐射。使用与MESA演化模型的热力学剖面耦合的MagCode三维发电机模拟，我研究了冷气体巨行星的磁场演化。模型显示磁场强度缓慢衰减，从多极态向偶极态的转变，以及发电机行为的清晰演化趋势。我还研究了热木星，其中强辐照改变对流和旋转。大多数仍为快速旋转者，但质量大且距离远的行星可能进入不同区域。当加热集中在外层时，发电机区域的对流减弱，降低了预期的磁场强度，有助于解释过去射电巡天中未确认探测的缺失。