亚声速、类 ICM 湍流中的涡量、激波与磁场

我们分析了具有类似星系团条件性质的可压缩 MHD 湍流的高分辨率模拟。在等温介质中，流动被驱动至湍流马赫数 $\mathcal{M}_t \sim 1/2$，初始具有非常弱的均匀种子磁场（$\beta = P_g/P_B = 10^6$）。由于星系团湍流可能源于剪切（螺线管式）和压缩驱动过程的混合，我们考察了这两种情况下的不同湍流性质。在一组模拟中，速度驱动完全是螺线管式的（$\nabla\cdot \delta {\vec u} = 0$），而另一组完全是压缩式的（$\nabla\times \delta {\vec u} = 0$）。两种情况都发展出螺线管式和压缩式湍流运动的混合，因为二者相互生成。压缩式湍流运动的发展导致激波，即使湍流是螺线管驱动且亚声速的。反之，激波产生并放大涡量，这在压缩驱动湍流中尤为重要。为澄清这些过程，我们包含了一对附录，详细考察与激波相关的涡量演化。从我们的模拟分析中发现，在主要为螺线管式的湍流中放大至近饱和水平的磁场，实际上可通过集中和稳定剪切来增强小尺度上的涡量。动能和磁湍流分量的性质、演化速率及相对贡献强烈依赖于驱动的性质。具体而言，当湍流为压缩驱动时，激波更强，但涡量演化和磁场放大更慢且更弱。我们确定了一个简单关系，根据湍流马赫数和驱动性质估算特征激波强度。我们的结果有助于理解星系团中的流动运动。