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通过低频离子漂移不稳定性实现的电子加速:关于等离子体β值和次热电子分布的依赖性

高能天体物理现象 2025-10-22 v1 等离子体物理

摘要

密度不均匀在空间和天体等离子体中普遍存在,尤其是在磁重联区域、冲击前沿以及可压缩湍流内部。这些不均匀等离子体区域所对应的梯度作为自由能源源,可驱动等离子体不稳定性,包括低频离子漂移不稳定性(LHDI)。值得注意的是,低频波在受磁场驱动的空间等离子体环境中经常被观察到,例如地球的磁尾和磁挡面。以往的研究主要使用准线性方法对这些区域内通过LHDI实现的粒子加速进行建模。本研究将LHDI的研究范围扩展到更广泛的环境,包括弱到强磁化介质,涵盖星际、星际、星际和类星系等离子体。为探讨LHDI在各种天体环境中的适用性,我们采用两个关键参数:(1)由等离子体β参数表征的等离子体磁化程度,和(2)遵循幂律分布的次热电子的谱线斜率。使用准线性模型,我们通过比较不稳定性增长率和所产生波动的阻尼率,确定实现通过LHDI高效电子加速的等离子体β值和谱线斜率的临界值。我们进一步分析了电子分布函数的时间演化,以确认这些临界条件。我们的结果表明,电子加速在低β等离子体(β < 1)中最为高效。然而,次热电子的存在即使在高β等离子体(β > 1)中,也显著增强了通过LHDI实现的电子加速。最后,我们讨论了这些发现的天体学意义,突出显示LHDI在各种等离子体环境中发挥电子加速作用的角色。

关键词

引用

@article{arxiv.2510.18182,
  title  = {Electron Acceleration via Lower-Hybrid Drift Instability in Astrophysical Plasmas: Dependence on Plasma Beta and Suprathermal Electron Distributions},
  author = {Ji-Hoon Ha and Elena S. Volnova},
  journal= {arXiv preprint arXiv:2510.18182},
  year   = {2025}
}

备注

18 pages, 8 figures, Accepted for publication in JETP