磁化相对论无碰撞激波上游的电流驱动丝状不稳定性

相对论无碰撞激波前驱区中的不稳定性物理在高能天体物理学中具有重要意义，因为这些不稳定性构建了激波，控制粒子加速过程，并产生加速粒子辐射所需的磁场。两个关键参数控制着这些激波的微观物理：环境介质的磁化强度和激波前沿的 Lorentz 因子；迄今为止，该参数空间的大部分仍有待探索。在本文中，我们报道了电子 - 正电子相对论激波上游的一种新不稳定性，并论证该不稳定性在中等磁化水平和/或大 Lorentz 因子下塑造了微观物理。这种不稳定性由激波前驱区中加速粒子绕背景磁场回旋时携带的电流所激发。背景等离子体中感应的补偿电流导致了一种不稳定构型，出现了沿垂直电流方向取向、携带同极性电流的电中性丝状结构。这种“电流驱动丝状”不稳定性的增长速度快于迄今为止在相对论激波上游研究过的任何其他不稳定性，其增长率可与等离子体频率相比拟。此外，电流的补偿伴随着环境等离子体进入激波前驱区时的减速（在激波静止参考系中观察）。这种等离子体减速意味着，只要磁化强度$\sigma <~ 10^{-2}$，“电流驱动丝状”不稳定性就能对任意激波 Lorentz 因子值发生增长。我们认为，这种不稳定性解释了近期粒子模拟 (particle-in-cell simulations) 在弱磁化区间的结果。