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Accès ouvert déclaré 2025 article

Taking control of compressible modes: bulk viscosity and the turbulent dynamo

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7Institutions déclarées
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Rattachement africain : au, ca, us. Niveau de preuve : code pays fourni par la source.

Le résumé fourni par la source

ABSTRACT Many polyatomic astrophysical plasmas are compressible and out of chemical and thermal equilibrium, introducing a bulk viscosity into the plasma via the internal degrees of freedom of the molecular composition, directly impacting the decay of compressible modes, $\mathrm{{\boldsymbol {\mathit {v}}}}_{\parallel }(\boldsymbol {k})$. This is especially important for small-scale, turbulent dynamo processes in the interstellar medium (ISM), which are known to be sensitive to the effects of compression. To control the viscous properties of $\mathrm{{\boldsymbol {\mathit {v}}}}_{\parallel }(\boldsymbol {k})$, we perform trans-sonic, visco-resistive dynamo simulations with additional bulk viscosity $\nu _{\text{bulk}}$, deriving a new $\nu _{\text{bulk}}$ Reynolds number $\text{Re}_{\text{bulk}}$, and viscous Prandtl number $\text{P}\nu \equiv \text{Re}_{\text{bulk}}/ \text{Re}_{\text{shear}}$, where $\text{Re}_{\text{shear}}$ is the shear viscosity Reynolds number. We derive a framework for decomposing $E_{\rm mag}$ growth rates into incompressible and compressible terms via orthogonal tensor decompositions of $\boldsymbol {\nabla }\otimes \mathrm{{\boldsymbol {\mathit {v}}}}$, where $\mathrm{{\boldsymbol {\mathit {v}}}}$ is the fluid velocity. We find that $\mathrm{{\boldsymbol {\mathit {v}}}}_{\parallel }(\boldsymbol {k})$ play a dual role, growing and decaying $E_{\rm mag}$, and that field-line stretching is the main driver of growth, even in compressible dynamos. In the absence of $\nu _{\text{bulk}}$ ($\text{P}\nu \rightarrow \infty$), $\mathrm{{\boldsymbol {\mathit {v}}}}_{\parallel }(\boldsymbol {k})$ pile up on small-scales, creating a spectral bottleneck, which disappears for $\text{P}\nu \approx 1$. As $\text{P}\nu$ decreases, $\mathrm{{\boldsymbol {\mathit {v}}}}_{\parallel }(\boldsymbol {k})$ are dissipated at increasingly larger scales, in turn suppressing incompressible modes through a coupling between high-k modes. We emphasize the importance of further understanding the role of $\nu _{\text{bulk}}$ in compressible astrophysical plasmas, which we estimate could be as strong as the shear viscosity in the cold ISM, and highlight that compressible direct numerical simulations without bulk viscosity have unresolved compressible mode dissipation scales.

Ce résumé expose les affirmations des auteurs. BNTIC ne l’interprète pas comme une validation indépendante des résultats.

Le contrôle bibliographique ouvert

DOI retrouvé dans Crossref DOI retrouvé ; titre concordant.

Titre Crossref
Taking control of compressible modes: bulk viscosity and the turbulent dynamo
Date Crossref
12/08/2025
Éditeur
Oxford University Press (OUP)
Type
journal-article

Ce recoupement confirme des métadonnées liées au DOI. Il ne confirme ni la méthode ni les conclusions de l’étude, et il ne compte pas comme une seconde source scientifique indépendante.

Les institutions déclarées

Une affiliation ne permet pas de déduire la nationalité d’un auteur.

Les sujets associés

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