无碰撞 MRI 的局部二维粒子模拟

Mario A. Riquelme; Eliot Quataert; Prateek Sharma; Anatoly Spitkovsky

doi:10.1088/0004-637X/755/1/50

无碰撞 MRI 的局部二维粒子模拟

高能天体物理现象 2015-06-04 v1 等离子体物理

作者: Mario A. Riquelme , Eliot Quataert , Prateek Sharma , Anatoly Spitkovsky

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摘要

磁旋转不稳定性 (MRI) 是各类天体物理吸积盘中角动量传输的关键机制。在远低于 Eddington 速率吸积的系统中，例如银河系中心的黑洞 (Sgr A*)，粒子间的库仑碰撞率非常小，使得吸积盘本质上作为无碰撞等离子体演化。我们利用基于第一性原理的粒子模拟 (PIC) 等离子体模拟，对无碰撞 MRI 进行了非线性研究。在这项初步研究中，我们专注于局部二维（轴对称）模拟，而将更真实的三维模拟留待未来工作。对于具有净垂直磁通量的模拟，MRI 会持续放大磁场，直到 Alfvén 速度 $v_A$ 与光速 $c$ 相当（与 $v_A/c$ 的初始值无关）。这与类似的轴对称 MHD 模拟中 MRI 通道模式缺乏饱和的现象一致。MRI 对磁场的放大在等离子体中产生了显著的压强各向异性（垂直压强大于平行压强）。我们发现，这种压强各向异性反过来激发了镜模，且体积平均压强各向异性保持在镜模激发的阈值附近。粒子能量化归因于重联以及与压强各向异性相关的粘性加热。重联在粒子的能量分布函数中产生了独特的幂律分量，表明无碰撞吸积盘中可能存在非热离子和电子加速。这对于解释 Sgr A* 等系统从射电到伽马射线的观测辐射具有重要意义。

关键词

磁旋转不稳定性无碰撞等离子体粒子模拟吸积盘磁场放大压强各向异性重联

引用

@article{arxiv.1201.6407,
  title  = {Local 2D Particle-in-cell simulations of the collisionless MRI},
  author = {Mario A. Riquelme and Eliot Quataert and Prateek Sharma and Anatoly Spitkovsky},
  journal= {arXiv preprint arXiv:1201.6407},
  year   = {2015}
}

备注

21 pages, 17 figures

无碰撞 MRI 的局部二维粒子模拟

摘要

关键词

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