论磁场强度与星际介质气体密度之间的关系：多尺度分析

星际介质中磁场强度与气体密度之间的关系具有 fundamental importance。我们提出并比较了针对两个 comprehensive 观测数据集的贝叶斯分析：一个 Zeeman 数据集和 700 项使用 Davis-Chandrasekhar-Fermi (DCF) 方法进行观测的数据。使用层次贝叶斯分析，我们提出一种 general, multi-scale broken power-law 关系，$B=B_0(n/n_0)^{\alpha}$，其中 $\alpha=\alpha_1$ 当 $n<n_0$，$\alpha=\alpha_2$ 当 $n>n_0$，$B_0$ 为 $n_0$ 处的磁场强度。对于 Zeeman 数据，我们发现：$\alpha_1={0.15^{+0.06}_{-0.09}}$ 适用于稀疏气体，$\alpha_2 = {0.53^{+0.09}_{-0.07}}$ 适用于致密气体，$n_0 = 4.00^{+12.7}_{-2.90} \times 10^3$ cm$^{-3}$。对于 DCF 数据，我们发现：$\alpha_1={0.26^{+0.15}_{-0.15}}$，$\alpha_2={0.77_{-0.15}^{+0.14}}$，$n_0=13.9^{+10.1}_{-7.30} \times 10^4$ cm$^{-3}$，其中不确定度给出 68% 可信区间。我们对十九个 numerical magnetohydrodynamic 模拟进行了类似分析，这些模拟覆盖从原恒星盘到矮星系和银河型星系的广泛物理条件，使用 AREPO、Flash、Pencil 和 Ramses 代码完成。 resulting exponents 取决于 several physical factors such as dynamo effects and their time scales, turbulence, and initial seed field strength。我们发现矮星系和银河型星系的模拟结果最接近观测。