星系团介质中通过磁泵浦的加热机制

由活动星系核（AGN）活动、星系团并合和星系运动驱动的湍流构成了加热星系团介质（ICM）的一种极具吸引力的能量来源。鉴于ICM的低碰撞率和高磁化度（排除了库仑过程的黏滞加热），该能量如何耗散到ICM等离子体中仍不清楚。Kunz等人2011年提出了一种基于ICM条件下等离子体压强各向异性（回旋黏滞加热）的可行加热机制。本文在该工作基础上表明，粒子可通过磁泵浦被大尺度湍流涨落回旋黏滞加热。我们研究了各向异性在一系列强迫频率下如何演化、产生了哪些波和不稳定性，并证明粒子分布函数获得了高能尾。为此，我们进行了粒子在胞（particle-in-cell）模拟，其中周期性地改变平均磁场$\textbf{B}(t)$。当$\textbf{B}(t)$增大（减小）时，建立起压强各向异性$P_{\perp}>P_{\parallel}$（$P_{\perp}< P_{\parallel}$）（$P_{\perp}$和$P_{\parallel}$分别为垂直于和平行于$\textbf{B}(t)$的压强）。这些压强各向异性激发了镜像（$P_{\perp}>P_{\parallel}$）和斜火钳（$P_{\parallel}>P_{\perp}$）不稳定性，它们俘获并散射粒子，限制各向异性并为加热等离子体提供通道。该机制的效率取决于大尺度湍流涨落的频率以及不稳定性在其非线性阶段提供的散射效率。我们提供了一个捕捉相关现象的简化解析加热模型。我们的结果表明，该过程在ICM中动理学尺度上耗散和分配湍流能量方面可能具有重要作用。