具有环向磁场的相对论性喷流的三维 PIC 模拟

我们研究了在无环向磁场和有环向磁场的喷流中，Weibel 不稳定性（WI）、蘑菇不稳定性（MI）和动力学开尔文-亥姆霍兹不稳定性（kKHI）等动力学不稳定性如何被激发，以及这些不稳定性如何促进粒子加速。本工作中我们采用一种新的喷流注入方案，其中喷流粒子在喷流孔口自洽地产生电流，该电流生成环向磁场。我们进行了五组不同的模拟，时间足够长以考察喷流演化的非线性效应。我们将具有平顶喷流密度分布的未磁化 e^{±} 和 e^{-}-p^{+}（m_p/m_e = 1836）喷流，以及磁化 e^{±} 和 e^{-}-i^{+}（m_i/m_e = 4）喷流，注入到由同种粒子组成的未磁化环境等离子体中。我们表明，在线性阶段激发的 WI、MI 和 kKHI 产生了非振荡的电场 x 分量，对电子进行加速和减速。我们发现两种不同的喷流成分（e^{±} 和 e^{-}-i^{+}）分别表现出不同的不稳定性模式。此外，由不同不稳定性在非线性阶段生成的磁场耗散并重组为新的拓扑结构。三维磁场拓扑描绘指出了非线性阶段中可能的重联位点，在那里粒子因与可能重联事件相关的磁场耗散而被显著加速。