火 Horn不稳定性高β等离子体的热力学与碰撞性

我们研究了由于宏观演化导致易发生火Horn不稳定性的无碰撞等离子体，其既有分析理论又有混合-动力学粒子-in-cell仿真。我们确立，取决于等离子体$\beta$、宏观演化特征时间尺度与离子洛尔频率的相对大小，火Horn不稳定性在高β等离子体中的饱和可导致三种质态（以及电磁态）。与先前确定的“超高β”和“洛尔抑制”状态相比，新确定的“洛尔启用”状态，当宏观演化时间$\tau$超过离子洛尔频率一个$\beta$依赖参数时，可支持线性洛尔波和洛尔湍流，因为等离子体宏观磁场的磁张力永远不会被各向各异压力所支配。我们详细描述了这些状态，包括其饱和磁能谱。火Horn波动相关的有效碰撞算子也被描述；我们发现其在洛尔启用状态中可由简单的准线性波束角散射算子很好地近似。盒均值碰撞频率为$\nu_{\rm eff} \sim \beta/\tau$，与先前结果一致，但某些粒子子群沿磁场平行方向的速度决定以更大（或更小）速率散射。我们的发现对于理解包括太阳风、星系团中心等离子体和黑洞吸积流等低碰撞性天体等离子体至关重要。我们指出，这些等离子体都处于火Horn饱和的洛尔启用 régime 中，并讨论了这一结果的意义。