相对论无碰撞冲击波中磁湍流的长期演化：电子-正电子等离子体

P. Chang; A. Spitkovsky; J. Arons

doi:10.1086/524764

相对论无碰撞冲击波中磁湍流的长期演化：电子-正电子等离子体

天体物理学 2009-11-13 v2

作者: P. Chang , A. Spitkovsky , J. Arons

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摘要

我们研究了初始未磁化的相对论无碰撞 $e^+e^-$ 冲击波产生的磁场的长期演化。我们的二维粒子网格数值模拟表明，在这种 Weibel 介导的冲击波下游，粒子分布接近各向同性相对论麦克斯韦分布，且磁湍流在空间上高度间歇性，非传播磁场形成横向尺寸为 $\sim 10-20$ 趋肤深度的相对孤立区域。这些结构的振幅发生衰减，几乎没有下游合并的迹象。在冲击波跃变层内，磁场初始磁能密度约为上游动能的 $\sim (0.1-0.2)$ ，但快速的下游衰减将磁场驱至更小的值，在 $10^3$ 趋肤深度后低于等分值的 $10^{-3}$ 。为了构建一个将磁场衰减追踪至这些较小值的理论，我们探讨了观测到的阻尼是无磁化等离子体中朗道阻尼变体的假设。该模型基于下游磁能密度的小值，这表明如果湍流是均匀的，粒子轨道仅受轻微扰动而偏离直线运动。利用应用于各向同性相对论麦克斯韦等离子体中电磁场的线性动理学理论，我们求得了小振幅亚光速电磁场在二维和三维情况下阻尼率 $\gamma_k$ 的简单解析形式。我们发现，由于载流粒子的相混合，磁能确实以 $(\omega_p t)^{-q}$ （其中 $q \sim 1$ ）的形式衰减。（节选）

关键词

磁湍流相对论无碰撞冲击波电子-正电子等离子体 Weibel 不稳定性粒子网格模拟朗道阻尼

引用

@article{arxiv.0704.3832,
  title  = {Long Term Evolution of Magnetic Turbulence in Relativistic Collisionless Shocks: Electron-Positron Plasmas},
  author = {P. Chang and A. Spitkovsky and J. Arons},
  journal= {arXiv preprint arXiv:0704.3832},
  year   = {2009}
}

备注

10 pages, 6 figures, accepted to ApJ; Downsampled version for arXiv. Full resolution figures available at http://astro.berkeley.edu/~pchang/full_res_weibel.pdf

相对论无碰撞冲击波中磁湍流的长期演化：电子-正电子等离子体

摘要

关键词

引用

备注

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