数值磁流体力学中的 Biermann 灾难
星系天体物理
2015-05-27 v2 等离子体物理
摘要
Biermann 电池效应常被用于宇宙磁 genesis 研究，并在高能密度实验室物理实验中受到关注。由于平滑流中激波<b>后方</b>密度梯度与温度梯度不平行而通过 Biermann 效应产生磁场是众所周知的。我们表明，Biermann 效应磁场也会在激波<b>内部</b>产生。在磁流体力学 (MHD) 代码中直接实现 Biermann 效应无法捕捉这一物理过程，更糟糕的是，它会在激波处产生非物理磁场，其数值不随分辨率收敛。我们表明，这种收敛性崩溃是由于朴素离散化造成的，它未能考虑到离散无旋矢量场具有虚假的螺线管分量，这些分量在不连续点附近会无界增长。我们表明，仔细考虑离子粘性激波的动力学可导出一种 Biermann 效应的表述，从而产生收敛的算法。我们指出两种新颖的物理效应：一种是<b>电阻性磁前驱</b>，其中激波内由 Biermann 效应产生的磁场通过电阻效应向上游“泄漏”；另一种是<b>热磁前驱</b>，其中由于激波电子热传导前驱产生的梯度，Biermann 效应在激波锋面前方产生磁场。这两种效应似乎在激光设施的实验中具有潜在的可观测性。我们重新审视了已发表的关于星系团形成过程中磁 genesis 的研究，并得出结论：相关模拟的分辨率不足以可靠地估计磁场产生率。修正后的估计表明，到 时，原初磁场值范围为 G --- G。
引用
@article{arxiv.1408.4161,
title = {The Biermann Catastrophe in Numerical MHD},
author = {Carlo Graziani and Petros Tzeferacos and Dongwook Lee and Donald Q. Lamb and Klaus Weide and Milad Fatenejad and Joshua Miller},
journal= {arXiv preprint arXiv:1408.4161},
year = {2015}
}
备注
22 pages. This version accepted by the Astrophysical Journal. Changes include a new section on magnetogenesis in galaxy cluster formation