Small-scale dynamo action during the formation of the first stars and galaxies - I. The ideal MHD limit
Small-scale dynamo action during the formation of the first stars and galaxies - I. The ideal MHD limit
复制标题
第一批恒星和星系形成过程中的小规模发电机作用 - I 理想 MHD 极限
DOI：
10.1051/0004-6361/201015184
复制
发表时间：
2010
影响因子：
6.5
通讯作者：
Arshakian
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Schleicher;D. R. G;Banerjee;Arshakian
我们探索了第一批恒星和星系形成过程中磁性种子的放大。在引力塌缩过程中，吸积激波会产生湍流，这可能会放大原恒星云中的弱磁场。数值模拟表明，这种湍流在第一个恒星形成的迷你晕中是亚音速的，而在第一个维里温度大于104K的星系中是高度超音速的。我们使用半解析模型研究了柯尔莫哥洛夫和伯格斯型湍流塌陷过程中的磁场放大，该模型结合了重力压缩和小规模发电机放大的影响。我们发现，在磁盘形成之前，磁场可能会被大幅放大。在牛仔裤长度的 1 / 10 尺度上，饱和发生在 ~ 108 年之后。尽管小型发电机的饱和行为仍然有些不确定，但我们预计第一个恒星形成晕中的饱和场强约为 10-7n0.5G，数量密度以 cgs 为单位。在第一个具有较高湍流速度的星系中，磁场强度可能会增加一个数量级，并且可能在106−107年之后出现饱和。在柯尔莫哥洛夫案例中，由于特征幂律指数，积分标度（即磁功率最大的标度）上的磁场强度较高，但在饱和相中差异小于 2 倍。因此，我们的结果表明，湍流速度与长度尺度的精确缩放并不重要。他们进一步表明，在原恒星盘形成之前，磁场将显着增强，这可能会改变气体的破碎特性和吸积率。
We explore the amplification of magnetic seeds during the formation of the first stars and galaxies. During gravitational collapse, turbulence is created from accretion shocks, which may act to amplify weak magnetic fields in the protostellar cloud. Numerical simulations showed that such turbulence is sub-sonic in the first star-forming minihalos, and highly supersonic in the first galaxies with virial temperatures larger than 104K. We investigate the magnetic field amplification during the collapse both for Kolmogorov and Burgers-type turbulence with a semi-analytic model that incorporates the effects of gravitational compression and small-scale dynamo amplification. We find that the magnetic field may be substantially amplified before the formation of a disk. On scales of 1 / 10 of the Jeans length, saturation occurs after ~ 108yr. Although the saturation behaviour of the small-scale dynamo is still somewhat uncertain, we expect a saturation field strength of the order ~ 10-7n0.5G in the first star-forming halos, withnthe number density in cgs units. In the first galaxies with higher turbulent velocities, the magnetic field strength may be increased by an order of magnitude, and saturation may occur after 106− 107yr. In the Kolmogorov case, the magnetic field strength on the integral scale (i.e. the scale with most magnetic power) is higher due to the characteristic power-law indices, but the difference is less than a factor of 2 in the saturated phase. Our results thus indicate that the precise scaling of the turbulent velocity with length scale is of minor importance. They further imply that magnetic fields will be significantly enhanced before the formation of a protostellar disk, where they may change the fragmentation properties of the gas and the accretion rate.
登录
查看更多内容
DOI：
10.1111/j.1365-2966.2004.08520.x/abs
发表时间：
2004
影响因子：
4.8
作者：
S. Sethi;K. Subramanian
通讯作者：
K. Subramanian
H 3 冷却对于原始气体是否重要？
DOI：
10.1111/j.1365-2966.2008.14156.x
发表时间：
2008
影响因子：
4.8
作者：
S. Glover;D. Savin
通讯作者：
D. Savin
影响因子：
1
作者：
M. Medvedev;Luís O. Silva;M. Fiore;R. Fonseca;W. Mori
通讯作者：
W. Mori
DOI：
10.1088/2041-8205/721/2/l134
发表时间：
2010
期刊：
The Astrophysical Journal Letters
影响因子：
--
作者：
Sharanya Sur;Dominik R. G. Schleicher;Robi Banerjee;Christoph Federrath;Ralf S. Klessen
通讯作者：
Ralf S. Klessen
原始恒星形成过程中的磁通量耗散：从逃逸阶段到质量吸积阶段
影响因子：
2.3
作者：
H. Susa
通讯作者：
H. Susa