无碰撞吸积流中离子回旋不稳定性对电子的加热。I. 压缩驱动的不稳定性与电子加热机制
高能天体物理现象
2015-06-23 v1 等离子体物理
摘要
在吸积率远低于爱丁顿极限的系统中，盘最内层区域的等离子体是无碰撞且双温的，离子温度高于电子温度。然而，双温吸积流中是否存在无碰撞的、快于库仑过程的能量转移机制仍是一个悬而未决的问题。我们通过多维粒子网格（PIC）模拟，研究了离子速度空间不稳定性增长过程中的电子加热物理。一种嵌入在新型 PIC 方程形式中的大尺度压缩持续放大场。由于粒子磁矩的绝热不变性，这不断驱动压强各向异性 P_perp > P_parallel。我们发现，对于适合低光度吸积流中平面的离子等离子体贝塔值 beta_i ~ 5-30，如果电子与质子温度比 > 0.2，镜像模占主导；而如果该比值 < 0.2，离子回旋不稳定性触发强阿尔芬类波的增长，这些波通过投掷角散射离子以维持边缘稳定性。我们建立了一个离子回旋不稳定性增长期间电子加热的解析模型，并用 PIC 模拟进行了验证。我们发现，对于冷电子（beta_e < m_e/m_i），电子能量增益由离子回旋波诱导的 E-cross-B 速度的大小控制。这一项与初始电子温度无关，因此即使对于起始温度极低的电子，它也提供了一个坚实的能量下限。另一方面，对于 beta_e > m_e/m_i，电子能量增益——由不稳定性增长场中的磁矩守恒支配——正比于初始电子温度。我们的结果对双温吸积流以及太阳风和星系团内等离子体都有启示。[节略]
引用
@article{arxiv.1411.5685,
title = {Electron Heating by the Ion Cyclotron Instability in Collisionless Accretion Flows. I. Compression-Driven Instabilities and the Electron Heating Mechanism},
author = {Lorenzo Sironi and Ramesh Narayan},
journal= {arXiv preprint arXiv:1411.5685},
year = {2015}
}
备注
24 pages, 6 figures, 2 appendices, submitted to ApJ