磁重联过程中电子加热与加速的机制

在无碰撞磁重联中，通过使用非零引导场的粒子云（PIC）模拟研究电子加热，使得电子保持磁化。在此机制下，平行于B的电场直接加速粒子，而垂直于B的电场通过梯度B漂移和曲率漂移加速粒子。曲率漂移通过费米反射驱动平行加热，而梯度B漂移通过回旋加速改变垂直能量。我们展示了在空间和时间上评估每种机制的模拟，以量化它们在电子加热中的作用。对于小引导场（重联分量幅度的20%），曲率漂移是电子加热的主要来源。然而，对于较大的引导场（等于重联分量的幅度），曲率漂移的电子加速与平行电场相当。在两种情况下，梯度B漂移的加热幅度可忽略。曲率漂移加热主导了外流尾迹，其中弯曲的场线伸展以释放张力，因此分布在大面积上。相比之下，平行电场局限于X线附近。在X线占据系统可忽略部分的大系统中，平行电场的加速作用可能较小。曲率漂移和平行电场主导动力学并驱动平行加热。结果是电子能谱在后期变得极其各向异性，这对量化同步辐射导致的电子加速极限具有重要意义。通过平衡重联驱动与辐射损失，获得了比早期估计高得多的电子能量增益上限。