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Damping of MHD turbulence in a partially ionized medium
Indexado
WoS WOS:001112824700056
DOI 10.1093/MNRAS/STAD3493
Año 2023
Tipo artículo de investigación

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Autores Afiliación Chile

Instituciones Chile

% Participación
Internacional

Autores
Afiliación Extranjera

Instituciones
Extranjeras


Abstract



The coupling state between ions and neutrals in the interstellar medium plays a key role in the dynamics of magnetohydrodynamic (MHD) turbulence, but is challenging to study numerically. In this work, we investigate the damping of MHD turbulence in a partially ionized medium using 3D two-fluid (ions + neutrals) simulations generated with the athenak code. Specifically, we examine the velocity, density, and magnetic field statistics of the two-fluid MHD turbulence in different regimes of neutral-ion coupling. Our results demonstrate that when ions and neutrals are strongly coupled, the velocity statistics resemble those of single-fluid MHD turbulence. Both the velocity structures and kinetic energy spectra of ions and neutrals are similar, while their density structures can be significantly different. With an excess of small-scale sharp density fluctuations in ions, the density spectrum in ions is shallower than that of neutrals. When ions and neutrals are weakly coupled, the turbulence in ions is more severely damped due to the ion-neutral collisional friction than that in neutrals, resulting in a steep kinetic energy spectrum and density spectrum in ions compared to the Kolmogorov spectrum. We also find that the magnetic energy spectrum basically follows the shape of the kinetic energy spectrum of ions, irrespective of the coupling regime. In addition, we find large density fluctuations in ions and neutrals and thus spatially inhomogeneous ionization fractions. As a result, the neutral-ion decoupling and damping of MHD turbulence take place over a range of length-scales.

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Colaboración Institucional



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Autores - Afiliación



Ord. Autor Género Institución - País
1 Hu, Yue - Univ Wisconsin Madison - Estados Unidos
2 Xu, Siyao - Inst Adv Study - Estados Unidos
3 Arzamasskiy, Lev - Inst Adv Study - Estados Unidos
4 Stone, James M. - Inst Adv Study - Estados Unidos
Princeton Univ - Estados Unidos
5 Lazarian, A. - Univ Wisconsin Madison - Estados Unidos
Universidad Bernardo O'Higgins - Chile

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Financiamiento



Fuente
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Agradecimientos



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