增长磁场中离子回旋不稳定性对离子的随机加速

通过使用具有增长磁场 $\vec{B}$ 的等离子体的1D和2D粒子网格（PIC）模拟，我们表明离子可以通过离子回旋（IC）不稳定性被随机加速。随着 $\vec{B}$ 增长，由于离子磁矩的绝热不变量（其中 $p_{||,i}$ 和 $p_{\perp,i}$ 分别是平行于和垂直于 $\vec{B}$ 的离子压强），出现了离子压强各向异性 $p_{\perp,i} > p_{||,i}$。当初始 $\beta_i = 0.5$ 时（$\beta_i \equiv 8\pi p_i/|\vec{B}|^2$，其中 $p_i$ 为离子各向同性压强），压强各向异性主要受到IC不稳定性提供的非弹性俯仰角散射的限制，这反过来在离子能谱中产生非热尾。在 $\vec{B}$ 被放大了约2.7倍之后，该尾可近似为指数约3.4的幂律加上两个非热隆起，并占离子的 $2-3\%$ 及其动能的约 $18\%$。相反，当初始 $\beta_i =2$ 时，离子散射由镜面不稳定性主导，加速受到抑制。这意味着高效的离子加速要求初始 $\beta_i \lesssim 1$。尽管我们关注 $\vec{B}$ 由等离子体剪切放大的情形，我们验证了若 $\vec{B}$ 因等离子体压缩而增长，加速以类似方式发生。我们的结果在离子热能约为离子静止质量能量 $10\%$ 的亚相对论 regime 下成立。因此，该加速过程可能与黑洞周围低光度吸积流的内区相关。