再见 Kolmogorov：超新星驱动的多相星际介质中的前向与反向湍流级联

星际介质(ISM)的盘状星系具有湍流特性,然而 ISM 湍流的根本性质,即能量级联,在细节上仍不为人知. 本研究使用高分辨率模拟,对引力分层的、由超新星(SNe)驱动的、多相 ISM 进行湍流级联探测. 通过将速度通量分解为压缩 $\mathbf{u}_c$ 与不可压缩 $\mathbf{u}_s$ 模式之间的相互作用,我们显示在由额外 $\mathbf{u}_s$ 模式所介导时, 存在 $\mathbf{u}_c$ 和 $\mathbf{u}_s$ 的大尺度到小尺度级联.但 $\mathbf{u}_s$ 级联高度非局部.此外,存在 $\mathbf{u}_c$ 介导的 $\mathbf{u}_s$ 级联组成分,其在相反方向进行 — 从小尺度到大尺度的逆级联.级联将通量输送至尺度高度超过垂直高度的尺度,为风和直接级联提供能量. 两种强非局部和逆 $\mathbf{u}_s$ 级联均发生在具有幂律 $\mathbf{u}_s$ 能谱的尺度上,凸显了能谱对真实物理过程的退化性. 我们直接表明逆级联源于 $\mathbf{u}_s$ 模式与扩张的超新星残骸(SNR)相互作用,而 $\mathbf{u}_s$ 模式主要通过热对流、高度波动的冷却层(介于温暖 $(T\lesssim 10^4\,\rm{K})$ 和热 $(T\gg10^4\,\rm{K})$ 气体之间)生成. 最后,我们概述了 SNR 驱动的星际湍流在星系盘中的完整现象学,估算了来自 SNR 冷却层产生的 $10^{-16}\,\rm{G}$ Biermann 场,并凸显 SNR 驱动的湍流与传统 Kolmogorov 模型之间的显著偏差.