Dynamo saturation in direct simulations of the multi‐phase turbulent interstellar medium
Dynamo saturation in direct simulations of the multi‐phase turbulent interstellar medium
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多相湍流星际介质直接模拟中的发电机饱和
DOI：
10.1002/asna.201512211
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发表时间：
2015
影响因子：
0.9
通讯作者：
Elstner
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Bendre;Gressel;Elstner
在邻近的盘状星系中，通过极化同步辐射观测到的有序磁场可以用在漫射星际介质（ISM）中运行的平均场发电机来解释。此外，垂直通量初始条件可能会通过磁旋不稳定性（MRI）的发生影响该发电机。我们的目的是研究不同初始场构型对平均场发电机饱和状态的影响。这是由于以前观察到不同的超新星速率获得了不同的饱和行为。我们对垂直分层的湍流星际介质的三维局部盒子进行了直接数值模拟（DNS），在水平方向上采用剪切周期边界条件。与我们之前的工作不同，我们还施加了一个垂直的种子磁场。我们进行模拟，直到磁能的增长变得可以忽略不计。我们进一步对等效的一维发电机模型进行了模拟，并对发电机系数进行了代数猝灭机制。我们比较了DNS中磁场的饱和与平均场发电机的代数猝灭。直接模拟得到的最终磁场强度与淬火α)发电机的结果非常吻合。对于代表银河系的超新星来说，星系风造成的场损失可能是导致饱和的原因。我们得出结论，旋涡星系中湍流磁场和规则磁场的相对强度可能取决于星系的恒星形成速率。我们提出一种具有代数猝灭的平均场方法可以作为一种简单的亚网格尺度模型用于星系演化模拟，包括来自磁场的规定反馈。（©2015 WILEY‐VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim）
The ordered magnetic field observed via polarised synchrotron emission in nearby disc galaxies can be explained by a mean‐field dynamo operating in the diffuse interstellar medium (ISM). Additionally, vertical‐flux initial conditions are potentially able to influence this dynamo via the occurrence of the magnetorotational instability (MRI). We aim to study the influence of various initial field configurations on the saturated state of the mean‐field dynamo. This is motivated by the observation that different saturation behaviour was previously obtained for different supernova rates. We perform direct numerical simulations (DNS) of three‐dimensional local boxes of the vertically stratified, turbulent interstellar medium, employing shearing‐periodic boundary conditions horizontally. Unlike in our previous work, we also impose a vertical seed magnetic field. We run the simulations until the growth of the magnetic energy becomes negligible. We furthermore perform simulations of equivalent 1D dynamo models, with an algebraic quenching mechanism for the dynamo coefficients. We compare the saturation of the magnetic field in the DNS with the algebraic quenching of a mean‐field dynamo. The final magnetic field strength found in the direct simulation is in excellent agreement with a quenched α) dynamo. For supernova rates representative of the Milky Way, field losses via a Galactic wind are likely responsible for saturation. We conclude that the relative strength of the turbulent and regular magnetic fields in spiral galaxies may depend on the galaxy's star formation rate. We propose that a mean field approach with algebraic quenching may serve as a simple sub‐grid scale model for galaxy evolution simulations including a prescribed feedback from magnetic fields. (© 2015 WILEY‐VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim)
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A. Shukurov
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M. Hanasz;K. Otmianowska-Mazur;G. Kowal;H. C. F. Astronomy;N. C. University;Astronomical Observatory;J. University;D. Physics;Astronomy;Mcmaster University;M. University
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