原子驱动的韦贝尔不稳定及其在天体物理学中的饱和现象

本文推导了由离子温度各向异性驱动的韦贝尔不稳定在小各向异性极限下的线性增长率和磁场饱和水平。其中，温度各向异性定义为 $\alpha=(T_\perp/T_\parallel)-1$，其中 $T_\perp$ 和 $T_\parallel$ 分别为离子沿波矢方向垂直和平行于波矢的温度。结果表明，饱和磁能与初始离子能之比随电子至离子质量比 $m/M$ 的四次方而缩放。对于最初无磁场的等离子体，当 $\alpha \leq M/m$ 时，粒子-in-cell 模拟验证了该质量比例关系，并显示电子能量获得的大小与磁场能量相当。这表明韦贝尔不稳定无法提供比库仑碰撬更快的无碰撞平衡机制，用于平衡初始离子温度远高于电子的等离子体，这是低亮度天体物理吸积流中的关键因素。本文结果还表明，仅当 $\alpha \geq M/m$ 时，用于研究无碰撬冲击波中磁场生成的大 $\alpha$ 极限公式才有效。