膨胀湍流无碰撞等离子体中的自适应临界平衡与火蛇管不稳定性

利用混合动理学粒子网格模拟，我们研究了一个持续受到强阿尔芬湍流驱动的膨胀、无碰撞、磁化等离子体的演化过程。由等离子体膨胀（以及随之而来的平均磁场强度降低）绝热产生的温度各向异性逐渐降低了磁力线的有效弹性，导致阿尔芬涨落的线性频率和剩余能量减少。作为响应，这些涨落改变了它们的相互作用和空间各向异性，以在逐尺度上维持其特征线性频率与非线性频率之间的“临界平衡”。最终，等离子体变得对动理学火蛇管不稳定性不稳定，这种不稳定性在离子拉莫尔尺度上激发了快速增长的磁涨落。随之而来的粒子投掷角散射将温度各向异性维持在边际稳定性附近，即使湍流等离子体继续膨胀。由此产生的平行和垂直温度演化不满足双绝热守恒定律，但可以通过一个包含异常散射的简单模型准确描述。我们的结果对于理解各种热、稀薄天体物理等离子体中宏观与微观物理之间的复杂相互作用具有重要意义，并提供了关于功率谱、剩余能量、离子拉莫尔尺度谱断裂以及离子分布函数中的非麦克斯韦特征的预测，这些预测可以通过在太阳风高贝塔区域进行的测量来检验。