超新星调控的星际介质 III. 涡度、螺旋度和平均流的产生

主要由超新星爆发驱动的星际湍流强迫在本质上是无关旋的，但已有报道指出其发展出显著的涡度和螺旋度，并伴随大尺度发电机作用。早期的一些研究在较简单的系统中考察了涡度的产生；本文则可以同时考虑所有相关过程。我们还研究了系统中净螺旋度和平均流的产生机制。我们采用尺寸为 1x1x2 kpc$^3$ 的三维、分层、旋转和剪切局部模拟区域，并以银河系太阳邻域典型速率的超新星爆发进行强迫。除了采用真实银河系参数的标称模拟运行外，我们改变了旋转和剪切率，但保持其比值的绝对值不变。反转剪切与旋转的符号使我们能够分离由旋转和剪切产生的贡献。与早期研究一样，我们发现了显著涡度的产生，平均而言 65% 的动能处于旋转模式中。涡度的产生与流动的斜压性有关，特别是在炽热、稀薄的集群超新星气泡区域。在这些区域，涡旋拉伸表现为涡度的汇。对于具有物理动机的旋转定律，由旋转和剪切产生的净螺旋度符号相反，其中太阳邻域参数导致总净螺旋度近乎抵消。我们还发现了振荡平均流的激发，其强度和振荡周期取决于 Coriolis 和剪切参数；我们将其解释为各向异性动能 (AKA) 效应的标志。我们利用矩方法拟合湍流输运系数，发现 $\alpha_{\rm AKA}$ 值的量级为 3-5 km/s。