无碰撞等离子体中的湍流: 基于压力各向异性数值模拟的统计分析
星系天体物理
2015-05-20 v1 等离子体物理
摘要
在过去几年中, 人们对理解无碰撞等离子体物理性质的兴趣日益增长, 这主要是因为大量的天体物理环境, 例如星系团内介质 (ICM), 包含足够强的磁场以与电离气体耦合, 并且其密度足够低, 以至于阻止了相对于磁力线方向的压力各向同性化。在这些条件下, 出现了一类新的动力学不稳定性, 例如火蛇管 (firehose) 和镜像 (mirror) 不稳定性, 这些已在文献中得到广泛研究。然而, 它们在存在压力各向异性的湍流演化和级联过程中的作用仍不清楚。在这项工作中, 我们首次使用基于 Chew-Goldberger-Low 闭合的三维双等温磁流体动力学 (CGL-MHD) 数值模拟, 对无碰撞等离子体中的湍流进行了统计分析。我们研究了具有不同初始条件的模型, 以考虑火蛇管和镜像不稳定性, 并获得不同的湍流状态。我们研究了密度和速度涨落的概率分布函数、谱、结构函数和各向异性。结果表明, 在某些情况下, 不稳定性显著改变了湍流的统计特性, 尽管这些结果是初步的且局限于非常特定的条件, 但表明无碰撞等离子体 (如 ICM 中的等离子体) 中湍流的物理性质可能与人们普遍认为的非常不同。其影响范围可从能量交换到宇宙线加速。
引用
@article{arxiv.1012.5125,
title = {Turbulence in collisionless plasmas: statistical analysis from numerical simulations with pressure anisotropy},
author = {Grzegorz Kowal and D. A. Falceta-Goncalves and A. Lazarian},
journal= {arXiv preprint arXiv:1012.5125},
year = {2015}
}
备注
20 pages, 9 figures, 1 table