弱碰撞外星系等离子体中磁场演化与有效粘滞性模型

在弱碰撞外星系等离子体（如星系团内介质）中，粘滞应力和磁场强度的变化率与局部压力各向异性成正比，因此受到压力各向异性驱动的镜模不稳定性（mirror instability）和消防栓不稳定性（firehose instability）的约束，并由局部瞬时等离子体 beta 值控制。此类等离子体的动力学行为与传统磁流体动力学（MHD）流体截然不同。预计等离子体会在局部保持相对于这些不稳定性的临界状态，但其具体机制尚属未解之谜。本文研究了两种磁场演化模型。在第一种模型中，通过抑制磁场变化率来实现临界性；在第二种模型中，不稳定性引发反常碰撞性，将压力各向异性降低至临界水平，同时减小粘滞性从而增加湍流应变率。我们在简化的 0D 环境中研究了这些模型的推论。在第一种模型中，磁场呈爆炸式增长，但其时间尺度取决于初始 beta 值；而在第二种模型中，无论初始种子场如何，均可在一个大尺度湍流翻转时间内达到动力学磁场强度。两种模型均产生高度间歇性的磁场。此外，两者的适用性均受到严格限制：对于典型的星系团核心条件，当 beta~10^5-10^4 时，流体运动与微观尺度涨落之间的尺度分离失效。在更大的 beta 值（更弱的磁场）下，需要完整的无碰撞等离子体发电机理论来论证磁场从微小的原初种子场增长的过程。然而，此处讨论的模型适用于研究当前观测到的磁场结构，以及磁化星系团内介质（ICM）或类似稀薄天体物理等离子体的大尺度动力学和热力学。