相对论性等离子体湍流中的粒子能量增益：螺线管式与压缩式驱动的对比

许多高能天体物理系统包含具有相对论性粒子的磁化无碰撞等离子体，其中的湍流可由螺线管式与压缩式运动的任意混合所驱动。例如，热吸积流中的湍流可能由磁旋转不稳定性以螺线管方式驱动，或由螺旋激波以压缩方式驱动。理解驱动机制对动理学湍流及相关的粒子能量增益的作用十分重要。在本工作中，我们将螺线管式驱动湍流的粒子模拟与类似的压缩式驱动湍流模拟进行比较。我们聚焦于初始β为1、电子相对论性高温且离子温度可变的等离子体。除压缩情形下存在强大尺度密度涨落外，两种驱动的湍流统计性质相似，且整体等离子体可用等温状态方程较好地描述。我们发现，当湍流以压缩方式驱动时，非热粒子加速更为高效。在离子为相对论性高温的情形下，两种驱动机制最终均导致相似幂律粒子能量分布，但所需时间不同。在离子为非相对论性的情形下，仅压缩驱动存在显著的非热粒子加速。此外，我们发现两种驱动的电子-离子加热比均小于1，但压缩驱动取值更小。我们证明这一额外的离子能量增益与通过垂直电场对大尺度压缩模的无碰撞阻尼相关。