无碰撞磁旋转不稳定性的全动力学大尺度模拟

我们给出了弱磁化（高 $\beta$）电子-正电子对等离子体中无碰撞磁旋转不稳定性（MRI）的二维粒子网格（PIC）模拟。该数值分析的核心结果是无碰撞 MRI 饱和态中出现了自诱导湍流态，这只能在足够大的模拟区域中捕捉到。该湍流态发展的潜在机制之一是通道模非线性演化所产生的电流片的漂移-扭折不稳定性（DKI）。DKI 的 onset 只能在超过数个线性 MRI 波长的模拟区域尺寸下观察到。DKI 与随之发生的磁重联一起，在 MRI 非线性演化的后期激活了等离子体的湍流运动。在稳态下，磁能具有类 MHD 的谱，在 $k\rho<1$ 时斜率为 $k^{-5/3}$，在亚拉莫尔尺度（$k\rho>1$）时为 $k^{-3}$。我们还考察了无碰撞 MRI 及相关的磁重联在压力各向异性发展中的作用。我们研究了该系统因该压力各向异性导致的稳定性，观察到 MRI 早期阶段镜面不稳定性的发展。我们进一步讨论了磁重联在湍流态中粒子加速方面的重要性。特别地，与重联研究一致，我们表明在后期高能区动能呈现 $\epsilon^{-2}$ 的特征斜率。