压缩驱动天体物理回旋动力学湍流中的离子与电子加热比较

Y. Kawazura; A. A. Schekochihin; M. Barnes; J. M. TenBarge; Y. Tong; K. G. Klein; W. Dorland

doi:10.1103/PhysRevX.10.041050

压缩驱动天体物理回旋动力学湍流中的离子与电子加热比较

等离子体物理 2021-01-04 v2 高能天体物理现象空间物理

作者: Y. Kawazura , A. A. Schekochihin , M. Barnes , J. M. TenBarge , Y. Tong , K. G. Klein , W. Dorland

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摘要

通过非线性混合回旋动力学模拟,研究了在压缩驱动(但亚声速)的无碰撞湍流中离子与电子之间不可逆加热的分配。我们推导了离子到电子加热比 $Q_\rmi/Q_\rme$ 关于压缩到阿尔文驱动功率比 $P_\compr/P_\AW$ 、离子热压与磁压比 $\beta_\rmi$ 、以及离子与电子背景温度比 $T_\rmi/T_\rme$ 的函数关系。结果表明 $Q_\rmi/Q_\rme$ 是 $P_\compr/P_\AW$ 的增函数。当压缩驱动足够大时, $Q_\rmi/Q_\rme$ 趋近于 $\simeq P_\compr/P_\AW$ 。这表明,在具有大压缩涨落的湍流中,加热的分配是在注入尺度而非动力学尺度上决定的。相空间谱分析表明,对于低和高 $\beta_\rmi$ ,从惯性区压缩涨落到亚拉莫尔尺度动力学阿尔文波的能量转移均不存在,这意味着压缩驱动直接联系到离子熵涨落,后者转化为离子热能。该结果表明,偏好电子加热是一种非常特殊的情况,要求低 $\beta_\rmi$ 且无或仅有微弱压缩驱动。我们的加热公式具有广泛的应用,包括太阳风以及 M87 和 Sgr A* 等热吸积盘。

关键词

回旋动力学湍流离子加热电子加热压缩驱动无碰撞等离子体太阳风吸积盘

引用

@article{arxiv.2004.04922,
  title  = {Ion versus electron heating in compressively driven astrophysical gyrokinetic turbulence},
  author = {Y. Kawazura and A. A. Schekochihin and M. Barnes and J. M. TenBarge and Y. Tong and K. G. Klein and W. Dorland},
  journal= {arXiv preprint arXiv:2004.04922},
  year   = {2021}
}

备注

Accepted for publication in Phys. Rev. X

压缩驱动天体物理回旋动力学湍流中的离子与电子加热比较

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关键词

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