[論文レビュー] Effects of strong stratification on equatorward dynamo wave propagation

P. J. Käpylä, M. J. Mantere+3 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2013

Geomagnetism and Paleomagnetism Studies被引用数 4

ひとこと要約

本研究では、球面ワイド型シミュレーションを用いて、回転する磁気対流における強い密度層化がダイナモ波の伝播に与える影響を調査している。層化が強くなるに従い、磁気活動帯の極に向かう移動から赤道に向かう移動への遷移が見られ、大規模な領域ではm=1の軸対称磁気モードが特定され、急速に回転する晩期星の観測結果と整合的である。

ABSTRACT

We present results from simulations of rotating magnetized turbulent convection in spherical wedge geometry representing parts of the latitudinal and longitudinal extents of a star. Here we consider a set of runs for which the density stratification is varied, keeping the Reynolds and Coriolis numbers at similar values. In the case of weak stratification we find quasi-steady solutions for moderate rotation and oscillatory dynamos with poleward migration of activity belts for more rapid rotation. For stronger stratification a similar transition as a function of the Coriolis number is found, but with an equatorward migrating branch near the equator. We test the domain size dependence of our results for a rapidly rotating run with equatorward migration by varying the longitudinal extent of our wedge. The energy of the axisymmetric mean magnetic field decreases as the domain size increases and we find that an m=1 mode is excited for a full 2π φ-extent, reminiscent of the field configurations deduced from observations of rapidly rotating late-type stars.

研究の動機と目的

• 強い密度層化が星の対流帯におけるダイナモ波伝播に与える影響を理解すること。
• 層化が強くなるに従い、極に向かう移動から赤道に向かう移動への遷移がどのように進行するかを検討すること。
• 急速に回転する層化対流における磁場構造がドメインサイズにどのように依存するかをテストすること。
• このようなシミュレーションで観測された星の磁場に類似した大規模な軸対称磁気モードが出現するかどうかを特定すること。

提案手法

• シミュレーションは、星の緯度および経度的範囲の一部を表す球面ワイド幾何学を用いて実施されている。
• 密度層化を系統的に変化させながらも、レイノルズ数およびコリオリ数を概ね一定に保っている。
• 異なる回転速度および層化レベルにおける準定常的および周期的ダイナモ解を分析している。
• 特に急速に回転するケースにおいて、ワイドの経度的広がりを変化させることでドメインサイズ依存性を検証している。
• 大規模な磁場組織の評価のために、軸対称平均磁場エネルギーおよびモード構造（例：m=1）を分析している。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 密度層化が強くなると、回転対流におけるダイナモ波の移動方向にどのような影響を与えるか？
• RQ2 強い層化下でも、弱い層化下と同程度のコリオリ数で、極に向かう移動から赤道に向かう移動への遷移が発生するか？
• RQ3 経度的ドメインサイズが、急速に回転する層化対流における大規模磁気モードの励起にどのように影響するか？
• RQ4 完全な2π方位角ドメインにおいてm=1の軸対称磁気モードが持続可能であり、観測された星の磁場構成と類似しているか？

主な発見

• 弱い層化では、中程度の回転速度では準定常的解を示し、高速回転では極に向かう移動を示す周期的ダイナモを示す。
• 強い層化下では、弱い層化と同程度のコリオリ数で赤道に向かう移動を示す活動帯への遷移が発生し、動的シフトが強く安定していることが示された。
• 経度的ドメインサイズが大きくなるに従い、軸対称平均磁場エネルギーが減少し、ドメイン拡大に敏感であることが示唆された。
• 完全な2π方位角ドメインにおいてm=1モードが励起され、急速に回転する晩期星の観測された大規模磁場と整合的である。