磁流体湍流对测试粒子加速的可压缩性效应

在测试粒子模拟背景下，研究了磁流体动力学（MHD）场中带电粒子能量增益的可压缩性效应。由于这些天体物理场景中流动的可压缩性质，该问题与太阳风和日冕相关。我们考虑从具有强背景磁场的MHD方程直接数值模拟获得的湍流电磁场。为探索流动可压缩性对粒子动力学的影响，我们进行了不同的数值实验：一个不可压缩情况，以及两个马赫数 M = 0.1 和 M = 0.25 的弱可压缩情况。我们分析了质子和电子在这些湍流场中的行为，已知这些场沿引导磁场方向形成排列的电流片。我们所称的质子和电子是测试粒子，其尺度分别与MHD湍流的耗散尺度相当（质子）或远小于（电子）该尺度，并保持正确的质量比 me /mi。对于这些测试粒子，我们表明可压缩性提高了质子加速的效率，且能量增益由电流片之间产生的垂直电场引起。另一方面，电子保持磁化并显示几乎绝热运动，未观察到可压缩性效应。另一组数值实验考虑了双流体修正，即由于霍尔效应和电子压力梯度产生的电场。我们表明电子压力对电子加速有重要贡献，允许高度平行的能量增益。相反，对于这些质子未观察到这些附加项的显著效应。