湍流重联中的粒子加速与分数输运
高能天体物理现象
2017-11-08 v1
摘要
我们考虑一个被分割成许多随机分布的不稳定电流片（UCS）的湍流重联大尺度环境，并统计分析了该环境中粒子的加速。我们处理当粒子与UCS相互作用时加速机制的两种重要情况：（a）电场加速，和（b）通过收缩岛中的反射加速。电子和离子被非常有效地加速，获得幂律形状的能谱分布，其指数取决于加速机制为 。从测试粒子模拟数据估计了能空间中的输运系数，并且我们表明当将输运系数代入经典的Fokker-Planck（FP）方程并数值求解时，它无法重现模拟结果。此失败的原因是粒子在能空间中执行Levy飞行，能量增量的分布呈现幂律尾。然后我们使用Isliker等人（2017）推导的分数输运方程（FTE），其参数和分数导数阶数由模拟数据推断，并通过数值求解FTE，显示FTE成功重现了测试粒子的动能分布。我们详细讨论了模拟数据的分析以及允许判断FTE或经典FP方程作为输运模型适用性的标准。
引用
@article{arxiv.1709.08269,
title = {Particle Acceleration and Fractional Transport in Turbulent Reconnection},
author = {Heinz Isliker and Theophilos Pisokas and Loukas Vlahos and Anastasios Anastasiadis},
journal= {arXiv preprint arXiv:1709.08269},
year = {2017}
}
备注
in press at Astrophysical Journal, 2017 (17 pages,22 figures)