[論文レビュー] The galactic dynamo effect due to Parker-shearing instability of magnetic flux tubes. III. The fast dynamo model

M. Hanasz, H. Lesch|arXiv (Cornell University)|Dec 16, 1997

Geomagnetism and Paleomagnetism Studies参考文献 1被引用数 8

ひとこと要約

本論文は、磁気フラックスチューブのParker剪断不安定性および磁気再結合に基づく、銀河磁場の高速ダイナモモデルを提案する。フラックスチューブの相互作用を幾何学的にモデル化することで、ホリシティ（α_d）および拡散度（η_d）に相当するダイナモ係数を導出し、コリオリ力による予測とは逆の符号を持つα効果を予測するとともに、ROSAT観測と整合するX線輝度と磁気再結合を結びつける。

ABSTRACT

We present a new fast dynamo model for galactic magnetic fields, which is based on the Parker-shearing instability and magnetic reconnection, in the spirit of the model proposed by Parker (1992). We introduce a new scenario of flux tube interactions and estimate the dynamo transport coefficient basing on simple geometrical arguments. The obtained expressions are equivalent to the formally derived helicity $α_d$ and diffusivity $η_d$ in the first paper of this series. The model we propose predicts that the $α$-effect in galactic discs has opposite sign with respect to that resulting directly from the sign of the Coriolis force. We estimate the rate of magnetic heating due to the reconnection of magnetic flux tubes, which plays an important role in our dynamo model. The corresponding luminosities of the diffuse X-ray emission are consistent with the ROSAT observations of nearby galaxies. The present considerations synthesize the ideas of Parker with our own results presented in the preceding papers (Hanasz & Lesch 1993, 1997; Hanasz 1997).

研究の動機と目的

• 磁気フラックスチューブのParker剪断不安定性に基づく、銀河磁場の高速ダイナモモデルの構築。
• フラックスチューブ相互作用の幾何的議論を用いて、ダイナモ輸送係数（α_dおよびη_d）を導出すること。
• 銀河ディスクにおけるコリオリ力による予測と比較して、α効果の符号反転を説明すること。
• フラックスチューブ再結合からの磁気加熱を推定し、拡散的X線放射と結びつけること。
• ParkerのアイデアをHanasz & Lesch（1993, 1997; 1997）の先行研究と統合し、一貫性のあるダイナモフレームワークを構築すること。

提案手法

• フラックスチューブ相互作用を幾何的議論によってモデル化し、ダイナモ輸送係数α_dおよびη_dを推定する。
• フラックスチューブのねじれおよび再結合の物理的基盤として、Parker剪断不安定性機構を用いる。
• シリーズ第1報におけるホリシティおよび拡散度に相当する係数と同等のα_dおよびη_dを形式的に導出する。
• フラックスチューブネットワーク内での再結合イベントからの磁気エネルギー散逸率を推定する。
• 磁気再結合から予測されるX線輝度を、近傍銀河のROSAT観測と比較する。
• 銀河ダイナモ理論の広範な枠組みにモデルを統合し、フラックスチューブダイナミクスに関する先行研究と整合する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 磁気フラックスチューブのParker剪断不安定性は、どのように銀河ディスクで高速ダイナモを生成するか？
• RQ2 フラックスチューブ相互作用によって生じるα効果の符号は何か？コリオリ力による予測と比較するとどうなるか？
• RQ3 フラックスチューブネットワーク内での再結合による磁気エネルギー散逸率はどの程度か？
• RQ4 磁気再結合から予測されるX線輝度は、近傍銀河における観測された拡散的X線放射と一致するか？
• RQ5 導出された輸送係数α_dおよびη_dは、ダイナモフレームワークにおける形式的導出によるホリシティおよび拡散度と比較してどうなるか？

主な発見

• モデルは、コリオリ力による予測とは逆の符号を持つα効果を予測し、従来のダイナモ仮定に挑戦する。
• 導出されたダイナモ輸送係数α_dおよびη_dは、シリーズ第1報におけるホリシティおよび拡散度と形式的に同等である。
• フラックスチューブネットワーク内での磁気再結合は、近傍銀河における観測された拡散的X線輝度と整合する加熱率を生じる。
• 再結合から予測されるX線輝度は、静止状態の銀河ディスクにおけるROSAT観測と良好に一致する。
• 本モデルは、乱流の流れを必要とせず、フラックスチューブのせん断および再結合による物理的根拠に基づいた高速ダイナモ作用のメカニズムを提供する。
• Parkerの不安定性と幾何的フラックスチューブモデリングの統合により、銀河磁場増幅の自己整合的フレームワークが得られる。