相对论无碰撞激波的物理：II 背景等离子体动力学

在本系列论文的第二篇中，我们讨论等离子体进入无磁化、相对论性无碰撞正负电子对激波前兆区时的动力学。我们讨论该背景等离子体如何通过与微湍流相互作用而被减速和加热，该微湍流源于激波前兆区中电流成丝不稳定性（CFI）的增长。我们特别使用了参考系 $\mathcal R_{\rm w}$，在该系中湍流主要为磁性的。此参考系以相对论速度朝向静止的激波前沿运动，并从远前兆区到近前兆区逐渐减速。在第一部分中，我们构建了一个流体模型，以推导由超热粒子在微湍流上的散射所预期的背景等离子体减速规律。该规律给出了背景等离子体洛伦兹因子 $\gamma_{\rm p}$ 与束流归一化压强 $\xi_{\rm b}$ 之间的关系 $\gamma_{\rm p}\,\sim\,\xi_{\rm b}^{-1/2}$；发现其与大规模 2D3V 粒子网格（PIC）模拟中观测到的空间分布吻合良好。在第二部分中，我们在动力学层面建模背景等离子体动力学，将 $\mathcal R_{\rm w}$ 减速相关的惯性效应纳入描述俯仰角扩散的 Vlasov-Fokker-Planck 方程中。我们展示了 $\mathcal R_{\rm w}$ 中的有效引力如何通过背景等离子体粒子在微湍流上的摩擦驱动它们，导致高效的等离子体加热。最后，我们将模型的蒙特卡洛模拟与专门的 PIC 模拟进行比较，并得出结论：该模型能令人满意地再现激波前兆区中背景等离子体的加热与减速，从而在微观层面提供了激波过渡的一维成功描述。