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天体物理学 > 星系的天体物理学

arXiv:2407.18293v2 (astro-ph)
[提交于 2024年7月25日 (v1) ,修订后的 2025年3月6日 (此版本, v2) , 最新版本 2025年6月4日 (v3) ]

标题: 磁场强度与星际介质中气体密度之间的关系:多尺度分析

标题: On the relation between magnetic field strength and gas density in the interstellar medium: A multiscale analysis

Authors:D. J. Whitworth, S. Srinivasan, R.E. Pudritz, M.-M. Mac Low, G. Eadie, A. Palau, J. D. Soler, R. J. Smith, K. Pattle, H. Robinson, R. Pillsworth, J. Wadsley, N. Brucy, U. Lebreuilly, P. Hennebelle, P. Girichidis, F. A. Gent, J. Marin, L. Sánchez Valido, V. Camacho, R. S. Klessen, E. Vázquez-Semadeni
摘要: 磁场强度与气体密度关系在星际介质中具有基础重要性。 我们展示了并对两个综合观测数据集的B-n关系进行贝叶斯分析:一个塞曼数据集和使用戴维斯-钱德拉塞卡-费米(DCF)方法的700个观测结果。 通过分层贝叶斯分析,我们提出了一种通用的、多尺度的分段幂律关系,$B=B_0(n/n_0)^{\alpha}$,其中$\alpha=\alpha_1$用于$n<n_0$和$\alpha_2$用于$n>n_0$,并且$B_0$是$n_0$处的场强。 对于Zeeman数据我们发现:弥散气体的$\alpha_1={0.15^{+0.06}_{-0.09}}$和致密气体的$\alpha_2 = {0.53^{+0.09}_{-0.07}}$,单位为$n_0 = 4.00^{+12.7}_{-2.90} \times 10^3$cm$^{-3}$。 对于DCF数据,我们发现: $\alpha_1={0.26^{+0.15}_{-0.15}}$和$\alpha_2={0.77_{-0.15}^{+0.14}}$,其中 $n_0=13.9^{+10.1}_{-7.30} \times 10^4$ cm$^{-3}$,其中不确定性给出 68% 可信区间。 我们对十九个数值磁流体动力学模拟进行了类似分析,覆盖了从原恒星盘到矮星系和银河系类似星系的广泛物理条件,使用AREPO、Flash、Pencil和Ramses代码完成。 产生的指数取决于多个物理因素,如发电机效应及其时间尺度、湍流和初始种子场强度。 \textcolor{red}\{我们发现矮星系和银河系类似星系的模拟结果最接近观测结果。
摘要: The magnetic field strength to gas density relation in the interstellar medium is of fundamental importance. We present and compare Bayesian analyses of the B-n relation for two comprehensive observational data sets: a Zeeman data set and 700 observations using the Davis-Chandrasekhar-Fermi (DCF) method. Using a hierarchical Bayesian analysis we present a general, multi-scale broken power-law relation, $B=B_0(n/n_0)^{\alpha}$ , with $\alpha=\alpha_1$ for $n<n_0$ and $\alpha_2$ for $n>n_0$, and with $B_0$ the field strength at $n_0$. For the Zeeman data we find: $\alpha_1={0.15^{+0.06}_{-0.09}}$ for diffuse gas and $\alpha_2 = {0.53^{+0.09}_{-0.07}}$ for dense gas with $n_0 = 4.00^{+12.7}_{-2.90} \times 10^3$ cm$^{-3}$. For the DCF data we find: $\alpha_1={0.26^{+0.15}_{-0.15}}$ and $\alpha_2={0.77_{-0.15}^{+0.14}}$, with $n_0=13.9^{+10.1}_{-7.30} \times 10^4$ cm$^{-3}$, where the uncertainties give 68\% credible intervals. We perform a similar analysis on nineteen numerical magnetohydrodynamic simulations covering a wide range of physical conditions from protostellar disks to dwarf and Milky Way-like galaxies, completed with the AREPO, Flash, Pencil, and Ramses codes. The resulting exponents depend on several physical factors such as dynamo effects and their time scales, turbulence, and initial seed field strength. \textcolor{red}{We find that the dwarf and Milky Way-like galaxy simulations produce results closest to the observations.
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主题: 星系的天体物理学 (astro-ph.GA)
引用方式: arXiv:2407.18293 [astro-ph.GA]
  (或者 arXiv:2407.18293v2 [astro-ph.GA] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2407.18293
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI

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来自: David Whitworth Dr [查看电子邮件]
[v1] 星期四, 2024 年 7 月 25 日 18:00:00 UTC (5,202 KB)
[v2] 星期四, 2025 年 3 月 6 日 19:00:02 UTC (5,112 KB)
[v3] 星期三, 2025 年 6 月 4 日 18:00:00 UTC (4,115 KB)
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