在实验背景下模拟天体物理相关的双束不稳定性

TeV类星变发射的伽马射线与外星背景光子相互作用，产生电子-正电子（$e^- e^+$）相对论双束在星际介质中传播，通过向上散射低能光子产生级联反应。双束的等离子体不稳定性被认为是这些双束能量损失的潜在过程之一。我们采用粒子-in-cell（PIC）仿真来研究在更稠密背景等离子体中传播的相对论双束等离子体不稳定性，使用设计用于复制天文体验条件的实验参数。在天文情形下，具有广泛且稀疏双束的等离子体不稳定性被抑制，因为双束在纵向动量扩散远大于横向动量时表现出动量各向异性。我们发现密度对比范围在实验尺度下，电静力模式在带各向异性双束中占据主导地位，符合与布拉赫-诱导双束相关的物理上相关条件。我们采用广义柯西分布表示双束粒子，这在更真实地代表双束非Maxwell型本质方面优于先前研究。我们研究了不稳定性产生的磁场与双束动量各向异性之间的相互作用。我们对不稳定性的非线性反馈对双束能量损失和角度扩散进行了外推。我们发现，天文双束因不稳定性而约失去约4%的总能量。尽管如此，不稳定性对布拉赫-诱导双束的产生的角度扩散仍然可以忽略不计。