Aquecimento de Elétrons em Simulações de Células de Partícula 2D de Choques Quase Perpendiculares de Baixo Beta

Resumo Medimos a energização térmica dos elétrons em simulações de células de partículas 1D e 2D de choques iônicos-eletrônicos colisionais de baixo beta (β p = 0,25) quase perpendiculares, com razão de massa m i / m e = 200, número de Mach rápido M ms = 1-4, e ângulo do campo magnético a montante θ Bn = 55°-85° em relação à normal do choque n ˆ . É conhecido que o aquecimento dos elétrons no choque é descrito por um salto de potencial elétrico ambipolar e paralelo ao B, Δ ϕ ∥ , que escala aproximadamente de forma linear com o salto de temperatura dos elétrons. Nossas simulações têm Δ ϕ ∥ / (0,5 m i u sh 2) ∼ 0,1-0,2 em unidades da energia cinética de massa dos íons pré-choque, em acordo com medições e simulações anteriores. Diferentes maneiras de medir ϕ ∥ , incluindo o uso de campos do referencial de Hoffmann–Teller, concordam com precisão de dezenas de porcento. A negligência de termos do tensor de pressão eletrônica fora da diagonal pode levar a uma subestimação sistemática de ϕ ∥ em nossos choques de baixo β p . Focamos ainda em dois choques θ Bn = 65°: um caso M s = 4 (M A = 1,8) com um precursor longo de 30 d i de ondas whistler ao longo de n ˆ , e um caso M s = 7 (M A = 3,2) com um precursor mais curto de 5 d i de whistlers oblíquos a n ˆ e B; d i é a profundidade de pele do íon. Dentro dos precursores, ϕ ∥ apresenta um aumento secular em direção ao choque ao longo de múltiplos comprimentos de onda de whistlers e também possui picos localizados dentro de vales magnéticos. Em uma simulação 1D do caso M s = 4, θ Bn = 65°, ϕ ∥ mostra uma fraca dependência da razão entre a frequência plasma-eletrônica e a frequência de ciclotron ω pe /Ω ce, e ϕ ∥ diminui por um fator de 2 à medida que m i / m e é elevado ao verdadeiro valor de próton-eletrônico de 1836.