弱可压缩 MHD 湍流二阶费米加速的效率

我们利用现象学估计和非相对论测试粒子与强亚声速 MHD 湍流相互作用的模拟，研究了投掷角散射对 MHD 湍流粒子加热和加速效率的影响。我们包含了一个施加的投掷角散射率，旨在近似高频等离子体波和/或速度空间不稳定性的影响。我们专注于类似于近地太阳风中发现的等离子体参数，尽管我们的大多数结果具有更广泛的适用性。一个重要的控制参数是粒子平均自由程 $\lambda_{mfp}$ 相对于湍流涨落尺度 $L$ 的大小。对于较小的散射率，粒子与磁场强度的湍流涨落发生准共振相互作用。散射使这种共振加热的长期效率提高了几倍到 10 倍，但分布函数并未发展出显著的非热幂律尾。对于较高的散射率，粒子与湍流涨落之间的相互作用变为非共振的，由粒子在遇到湍流密度涨落时的绝热加热和冷却主导。快速的投掷角散射可以在质子分布函数中产生幂律尾，但这需要精细调节参数。此外，在近地太阳风中，由于粒子加速时标长于太阳风膨胀设定的绝热冷却时标，该机制无法产生显著的幂律尾。因此，我们的结果表明，MHD 尺度的湍流涨落不太可能是太阳风中观测到的质子分布函数 $v^{-5}$ 尾的起源。