增长磁场中哨声不稳定性的随机电子加速

我们使用二维粒子模拟（PIC）模拟研究了在具有增长磁场 \textbf{B} 的剪切无碰撞等离子体中，饱和哨声不稳定性对电子粘性加热和非热加速的影响。在此设置中，由于电子磁矩的绝热不变性，自然产生了 $p_{\perp,e} > p_{||,e}$ 的电子压力各向异性（$p_{||,e}$ 和 $p_{\perp,e}$ 分别为平行和垂直于 \textbf{B} 的压力）。如果各向异性足够大，则会产生哨声不稳定性，有效地散射电子并限制 $\Delta p_e$（$\equiv p_{\perp,e}-p_{||,e}$）。在此背景下，$\Delta p_e$ 利用等离子体速度剪切，通过所谓的各向异性粘性产生电子加热。在我们的模拟中，通过外部施加等离子体剪切，我们持续驱动 $|\textbf{B}|$ 的增长，使我们能够自洽地捕获长期、饱和的哨声不稳定性演化。我们发现，除了粘性加热外，哨声模式的散射还能将电子随机加速至非热能量。当初始 $\beta_e\sim 1$ 时，这种加速最为显著，随着 $\beta_e$（$\equiv 8\pi p_e/|\textbf{B}|^2$）值的增大，其效率逐渐降低。如果初始 $\beta_e \sim 1$，最终电子能量分布可以近似描述为热成分加上谱指数约为 3.7 的幂律尾部。在这些情况下，非热尾部包含约 5% 的电子，并占其动能的约 15%。我们讨论了结果对低碰撞率天体物理环境（如低光度吸积流）中电子加热和加速的意义。