相对论性等离子体湍流中非热粒子加速的系统尺度收敛性

我们应用相对论性正负电子等离子体的无碰撞粒子模拟（particle-in-cell simulations）来探索驱动湍流是否是一种可行的高能天体物理粒子加速器。我们针对变化的系统尺度（最大至 $L/2\pi\rho_{e0} = 163$，其中 $L/2\pi$ 为驱动尺度，$\rho_{e0}$ 为初始特征拉莫尔半径）刻画了非热粒子分布。我们表明，湍流粒子加速产生的幂律能量分布，若在固定数量的大尺度动力学时间下比较，会随系统尺度增大而缓慢变陡。然而，我们证明，通过在随时间增加（近似对数地）且随系统尺度增大的不同时刻比较分布，可获得收敛。我们提出，系统尺度依赖性源于粒子通过费米加速达到最高可达能量所需的时间。能量分布收敛后的幂律指数，在磁化率 $\sigma = 3/8$ 时为 $\alpha \approx 3.0$，这使得湍流成为诸如蟹状星云中观测到的非热谱的可能解释。