稳定分层旋转流体中的 Tayler-Spruit 漩涡：针对原始磁星的应用

高度磁化的年轻中子星称为磁星，其形成仍是一个备受争议的问题。一个有前景的情景假设是通过在原初中子星（PNS）因回弹而旋转加速的情况下，通过 Tayler-Spruit 漩涡放大磁场。Barr\`ere 等人 2023 年支持了这一情景，通过表明该漩涡可以在 PNS 内部的稳定分层 Boussinesq 模型中产生类似磁星的磁场。为进一步调查 Tayler-Spruit 漩涡，我们使用 MagIC 代码进行 3D-MHD 数值模拟，改变布隆-瓦尔萨尔频率与旋转率之间的比值。我们首先表明，对于布隆-瓦尔萨尔频率约为旋转频率的 4 倍的情况，可以维持自洽的漩涡过程。生成的磁场和角动量输运遵循 Fuller 等人 2019 年的解析标度定律，这确认了我们的先前结果。我们还首次报告了间歇性 Tayler-Spruit 漩涡的存在。对于典型的 PNS 布隆-瓦尔萨尔频率为 $10^{3}\,{\rm s}^{-1}$，轴对称的扭曲磁场和偶极磁场范围分别为 $1.2\times 10^{15}-2\times 10^{16}\,{\rm G}$ 和 $1.4\times 10^{13}-3\times 10^{15}\,{\rm G}$，对应旋转周期为 $1-10\,{\rm ms}$。因此，我们的结果为该情景解释磁星形成提供了数值证据。由于 Tayler-Spruit 漩涡常被引用用于星体辐射区的角动量输运，我们的研究在该领域也具有特别重要的意义，我们基于我们的模拟对 Fuller 等人方案的校准，得到一个约为 $10^{-2}$ 的无量纲归一化因子。