无磁化正负电子对等离子体与磁化电子-质子等离子体间间断面的三维结构与稳定性
等离子体物理
2023-07-12 v1 高能天体物理现象
摘要
我们用3D PIC模拟研究了电子-正电子对等离子体与磁化电子和质子之间的间断面。对等离子体从一个模拟边界以 0.6 沿其法线方向的速度注入。它膨胀进入电子-质子等离子体和垂直于注入方向的磁场中。抗磁电流将磁场从对等离子体内部排出并堆积在其前方。它推动电子,从而在磁脉冲前诱导出电场脉冲。这一初始电磁脉冲(EMP)从磁上约束对等离子体并从电上加速质子。注入的对等离子体在初始EMP后穿过质子的高速流动触发了丝化不稳定性。一些电子和正电子穿过注入边界并建立起第二个EMP。电子回旋漂移不稳定性扰动了两个EMP前方的等离子体,播下了瑞利-泰勒型不稳定性。尽管两个EMP前方的扰动同样强,第二个EMP比初始EMP稳定得多。我们将初始EMP的快速崩溃归因于丝化不稳定性,它扰动了其后的等离子体。瑞利-泰勒型不稳定性将平面EMP转变为过渡层,其中磁通绳和由电子与正电子数量不均引起的静电力减慢并压缩对等离子体并加速质子。在我们的模拟中,对云团的膨胀速度下降了约一个数量级,其密度增加了相同倍数。其小厚度意味着它能够将相对论性对 outflow 与电子-质子等离子体分离,这对于在无碰撞天体物理等离子体中准直相对论性对喷流至关重要。
引用
@article{arxiv.2306.05757,
title = {Three-dimensional structure and stability of discontinuities between unmagnetized pair plasma and magnetized electron-proton plasma},
author = {M E Dieckmann and D Folini and M Falk and A Bock and P Steneteg and R Walder},
journal= {arXiv preprint arXiv:2306.05757},
year = {2023}
}
备注
25 pages, 12 figures, provisionally accepted for publication by the New Journal of Physics