Stability of superthermal strahl electrons in the solar wind
Stability of superthermal strahl electrons in the solar wind
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太阳风中超热斯特拉尔电子的稳定性
DOI：
10.1093/mnras/stab2228
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发表时间：
2021
影响因子：
4.8
通讯作者：
Astfalk, P
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Schroeder, J M;Boldyrev, S;Astfalk, P
我们提出了一个动力学稳定性分析的太阳风电子分布函数组成的麦克斯韦核心和磁场对齐strahl，超热电子束传播远离太阳。我们使用的电子strahl分布函数作为一个弱碰撞漂移动力学方程的解决方案，代表受库仑碰撞的strahl，但不掺杂可能扩大从湍流。这个分布函数基本上是非麦克斯韦的，并且随着日光层距离的变化而变化。用Vlasov-Maxwell线性求解器leopard进行稳定性分析。我们发现，根据日光层的距离，核心strahl电子分布变得不稳定，相对于向日传播的动力学阿尔文，磁声，哨声模式，在很宽的传播角度范围。不稳定模式的波数接近离子惯性尺度，不稳定性首次出现的径向距离约为1 Au。然而，我们没有发现任何不稳定性驱动的共振波与超热strahl电子的相互作用。相反，观测到的不稳定性是由电子和离子核心之间的相对漂移触发的，而电子和离子核心之间的相对漂移是维持太阳风框架（离子框架）中的零电流所必需的。相反的strahl分布模型的移动麦克斯韦，电子strahl作为动力学方程的解决方案是稳定的。我们的结果是一致的，与以前的研究的基础上更严格的解决方案的电子strahl。
We present a kinetic stability analysis of the solar wind electron distribution function consisting of the Maxwellian core and the magnetic-field aligned strahl, a superthermal electron beam propagating away from the sun. We use an electron strahl distribution function obtained as a solution of a weakly collisional drift-kinetic equation, representative of a strahl affected by Coulomb collisions but unadulterated by possible broadening from turbulence. This distribution function is essentially non-Maxwellian and varies with the heliospheric distance. The stability analysis is performed with the Vlasov–Maxwell linear solverleopard. We find that depending on the heliospheric distance, the core-strahl electron distribution becomes unstable with respect to sunward-propagating kinetic-Alfvén, magnetosonic, and whistler modes, in a broad range of propagation angles. The wavenumbers of the unstable modes are close to the ion inertial scales, and the radial distances at which the instabilities first appear are on the order of 1 au. However, we have not detected any instabilities driven by resonant wave interactions with the superthermal strahl electrons. Instead, the observed instabilities are triggered by a relative drift between the electron and ion cores necessary to maintain zero electric current in the solar wind frame (ion frame). Contrary to strahl distributions modelled by shifted Maxwellians, the electron strahl obtained as a solution of the kinetic equation is stable. Our results are consistent with the previous studies based on a more restricted solution for the electron strahl.
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