相对论等离子体中的弱阿尔文湍流 II：电流片与耗散

在黑洞吸积盘与中子星磁层中激发的阿尔文波是相对论性磁化等离子体中湍流的构成要素。这些系统中存在大量磁能储备，使得等离子体即使在弱湍流 regime 下也能被显著加热。我们对反向传播的阿尔文波进行了高分辨率三维模拟，表明在相对论磁流体力学及其无限磁化（无力）极限中，弱湍流级联导致 $E_{B_{\perp}}(k_{\perp}) \propto k_{\perp}^{-2}$ 能谱的形成。等离子体湍流普遍产生电流片，其作为磁能耗散的位置。我们表明电流片是反向传播阿尔文波之间非线性相互作用的自然结果。这些电流片由于伸长涡的压缩而形成，该压缩由增长的高阶模引起的剪切驱动，并经历变薄过程直至破碎为小尺度湍流结构。我们探讨了在重叠波与局域波包碰撞中电流片的形成。局域阿尔文波的相对论性相互作用同时诱导阿尔文波与快波，并有效介导天体物理系统中电磁能的转换与耗散。在阿尔文波相互作用期间出现的电流片中通过重联进行的等离子体 energization 可潜在解释黑洞吸积冕与中子星磁层中的 X 射线发射。