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物理学 > 等离子体物理

arXiv:2507.03084 (physics)
[提交于 2025年7月3日 ]

标题: 带电粒子通量不稳定性研究:使用ALPS解析规则化Kappa分布的斯特拉尔电子

标题: Heat-flux Instabilities of Regularized Kappa Distributed Strahl Electrons Resolved with ALPS

Authors:Dustin L. Schröder, Marian Lazar, Rodrigo A. López, Horst Fichtner
摘要: 太阳风的流体行为受到超热电子种群携带的热通量的影响,特别是沿磁场传播的电子束(或射线)。 相反,电子束不能保持稳定,在没有碰撞的情况下,其特性主要由自生成的不稳定性调节。 本文使用正则化Kappa分布(RKDs)以一种新的方式描述这些热通量不稳定性,以表征电子束。 RKDs符合在原位观测到的具有超热尾部的速度分布,同时允许基于其无奇点矩的一致宏观建模。 相比之下,RKD模型的复杂性使得解析动力学形式变得复杂且仍不可行,因此,这里使用先进的求解器ALPS来解决热通量不稳定性。 根据等离子体条件,两种主要类型的不稳定性出现:哨声波和火 hose 热通量不稳定性。 通过与标准分布(如麦克斯韦分布和Kappa分布)的先前结果进行比较,首次成功测试了该求解器。 此外,新的RKD结果表明,理想化的麦克斯韦模型可能会高估或低估这些不稳定性的影响,并且与标准Kappa得到的结果有所不同,例如,标准Kappa会低估火 hose 热通量增长速率。
摘要: The fluid behavior of the solar wind is affected by the heat flux carried by the suprathermal electron populations, especially the electron strahl (or beam) that propagates along the magnetic field. In turn, the electron strahl cannot be stable, and in the absence of collisions, its properties are regulated mainly by self-generated instabilities. This paper approaches the description of these heat-flux instabilities in a novel manner using regularized Kappa distributions (RKDs) to characterize the electron strahl. RKDs conform to the velocity distributions with suprathermal tails observed in situ, and at the same time allow for consistent macromodeling, based on their singularity-free moments. In contrast, the complexity of RKD models makes the analytical kinetic formalism complicated and still inaccessible, and therefore, here heat-flux instabilities are resolved using the advanced solver ALPS. Two primary types of instabilities emerge depending on plasma conditions: the whistler and firehose heat-flux instabilities. The solver is successfully tested for the first time for such instabilities by comparison with previous results for standard distributions, such as Maxwellian and Kappa. Moreover, the new RKD results show that idealized Maxwellian models can overrate or underestimate the effects of these instabilities, and also show differences from those obtained for the standard Kappa, which, for instance, underestimate the firehose heat-flux growth rates.
评论: 14页,13图,1表
主题: 等离子体物理 (physics.plasm-ph) ; 太阳与恒星天体物理学 (astro-ph.SR); 空间物理 (physics.space-ph)
引用方式: arXiv:2507.03084 [physics.plasm-ph]
  (或者 arXiv:2507.03084v1 [physics.plasm-ph] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2507.03084
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI(待注册)
期刊参考: The Astrophysical Journal, 987:110, 2025 July 10
相关 DOI: https://doi.org/10.3847/1538-4357/ade0c0
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来自: Dustin Schröder [查看电子邮件]
[v1] 星期四, 2025 年 7 月 3 日 18:00:44 UTC (7,234 KB)
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