超新星播种导致原星系中的强磁场与大旋转量

我们提出了一个原星系中磁场播种与演化的模型。在原星系组装过程中发生的超新星 (SN) 爆发提供了磁种子场，随后这些种子场通过压缩、剪切流和随机运动得到放大。我们将该模型实现于宇宙学 N 体/SPH 模拟代码 GADGET 的磁流体动力学 (MHD) 版本中，并将磁播种直接与恒星形成的多相描述耦合。我们利用标准的$\Lambda$CDM 宇宙学模型进行了类银河系星系晕形成的模拟，并分析了随后演化磁场的强度和分布。在恒星形成区域内，基于典型尺寸和经典超新星遗迹中的磁场强度，以$10^{-9}$G/Gyr 的速率注入偶极形状的无散度磁场。随后，磁场强度在数千万年的时间尺度上呈指数增长。在红移$z=0$时，整个星系晕被磁化，磁场振幅在晕中心约为几$\mu$G，在维里半径处为$10^{-9}$G。此外，我们分析了形成中的星系晕随红移变化的内禀旋转量 (RM)。平均晕内禀 RM 在红移$z=4$至$z=2$之间达到峰值，绝对值约为$1000$rad m$^{-2}$。随着星系晕在趋向红移$z=0$时发生维里化，内禀 RM 值下降至低于$10$rad m$^{-2}$的平均值。在高红移处，单个恒星形成区域（因而也是磁化区域）的分布十分广泛。在我们的星系磁场演化模型中，种子磁场的振幅和分布不再是自由参数，而是由宇宙结构形成过程中发生的恒星形成过程自洽地确定。