[논문 리뷰] Astrophysical turbulence

Axel Brandenburg, Aake Nordlund|arXiv (Cornell University)|2009. 12. 08.

Solar and Space Plasma Dynamics인용 수 2

한 줄 요약

이 논문은 천체물리학적 환경에서 난류가 수행하는 역할을 검토하며, 다이너모 작용에 의해 생성된 자기장이 은하간 매질과 대류 영역이 있는 항성 내에서의 운반 과정을 어떻게 수정하는지에 초점을 맞춘다. 이는 군집화된 평균장이 원래 장 기술에 없던 비등방성 효과와 급진적인 현상을 드러내며, 질량, 운동량, 에너지 및 자기장 운반을 본질적으로 변화시킨다.

ABSTRACT

The role of turbulence in various astrophysical settings is reviewed. Among the differences to laboratory and atmospheric turbulence we highlight the ubiquitous presence of magnetic fields that are generally produced and maintained by dynamo action. The extreme temperature and density contrasts and stratifications are emphasized in connection with turbulence in the interstellar medium and in stars with outer convection zones, respectively. In many cases turbulence plays an essential role in facilitating enhanced transport of mass, momentum, energy, and magnetic fields in terms of the corresponding coarse-grained mean fields. Those transport properties are usually strongly modified by anisotropies and often completely new effects emerge in such a description that have no correspondence in terms of the original (non coarse-grained) fields.

연구 동기 및 목표

• 천체물리학적 시스템에서 난류가 질량, 운동량, 에너지 및 자기장 운반을 어떻게 향상시키는지 분석하는 것.
• 다이너모 작용에 의해 생성된 자기장이 우주 환경의 난류 역학에 미치는 영향을 부각하는 것.
• 항성과 은하간 매질에서 극한의 온도 및 밀도 대비와 정렬이 난류 거동에 미치는 영향을 분석하는 것.
• 난류 장을 군집화함으로써 원래 장 기술에 존재하지 않는 새로운 운반 효과가 어떻게 나타나는지 조사하는 것.
• 천체물리학적 난류의 평균장 기술에서 비등방성 효과와 새로운 현상이 어떻게 발생하는지 명확히 하는 것.

제안 방법

• 은하간 매질과 외부 대류 영역이 있는 항성과 같은 천체물리학적 환경에서의 관측 및 이론적 증거를 검토하는 것.
• 운반 성질을 분리하기 위해 군집화된 평균장의 관점에서 난류를 분석하는 것.
• 질량, 운동량, 에너지 및 자기장의 난류 운반을 모델링하기 위해 평균장 이론을 적용하는 것.
• 특히 다이너모에 의해 생성된 자기장에 의한 난류의 수정 역할을 강조하는 것.
• 원래의 비군집화된 장에 비해 존재하지 않는 평균장 기술에서의 비등방성과 급진적 효과를 식별하는 것.
• 실내 및 대기 중 난류와 천체물리학적 난류를 비교하여 주요 차이점을 부각하는 것, 특히 자기장의 영향.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 난류는 천체물리학적 시스템에서 질량, 운동량, 에너지 및 자기장 운반을 어떻게 향상시키는가?
• RQ2 다이너모에 의해 생성된 자기장은 항성과 은하간 매질에서 난류 운반을 어떻게 수정하는가?
• RQ3 극한의 온도 및 밀도 대비는 천체물리학적 환경에서 난류 거동에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ4 난류 흐름의 비등방성은 등방성 또는 원래 장 기술에 존재하지 않는 새로운 물리적 효과를 어떻게 유도하는가?
• RQ5 원래의 장이 아닌 군집화된 평균장으로 난류 장를 기술할 경우 어떤 급진적인 현상이 나타나는가?

주요 결과

• 천체물리학적 시스템에서 난류는 군집화된 평균장의 작용을 통해 질량, 운동량, 에너지 및 자기장 운반을 크게 향상시킨다.
• 다이너모 작용에 의해 주로 유지되는 자기장은 난류 운반의 본질을 근본적으로 변화시키며, 새로운 비등방성 효과를 도입한다.
• 온도 및 밀도의 극한 대비와 정렬은 항성과 은하간 매질에서 난류 거동에 강력한 영향을 미친다.
• 난류 장를 군집화함으로써 원래 장 기술에 존재하지 않는 비등방성 운반 효과와 완전히 새로운 현상이 드러난다.
• 평균장 접근법은 기저의 비군집화된 장에 직접적인 대응이 없는 급진적인 운반 메커니즘을 드러낸다.
• 난류와 자기장 간의 상호작용은 비자기장 또는 실험실 조건에서의 것과 질적으로 다른 운반 성질을 유도한다.