Нелинейные эффекты при развитии вейбелевской неустойчивости

Методом частиц в ячейках проведено численное моделирование вейбелевской неустойчивости в плазме с двухтемпературной максвелловской функцией распределения частиц по импульсам. В спектре мощности формирующегося в результате неустойчивости турбулентного магнитного поля обнаружены гармоники, что позволило напрямую определить величину нелинейных эффектов взаимодействия мод поля. Показано, что к моменту насыщения неустойчивости нелинейные эффекты незначительны в случае большой начальной анизотропии, исчезающе малы по величине в случае малой начальной анизотропии и, таким образом, не являются причиной прекращения роста магнитного поля. Определена асимптотика спектра мощности магнитного поля в области мелких масштабов. Продемонстрирован принципиальный вклад нелинейности в формирование крупномасштабного магнитного поля и её определяющая роль на стадии спадания магнитного поля. Обсуждаются астрофизические приложения полученных результатов.

На английском языке
Nonlinear Effects in the Weibel Instability
Garasyov M.A.
Derishev E.V.

Using the PIC code, we performed numerical simulations of the Weibel instability in plasmas with a two-temperature Maxwellian particle distribution function. We found harmonics in the power spectrum of the Weibel-generated turbulent magnetic field, which permitted us to measure directly the magnitude of the nonlinear effects of mode interaction. It is shown that by the time of the instability saturation the nonlinear effects are insignificant in the case of a large initial anisotropy and are vanishing in the case of a small initial anisotropy, so that the nonlinearity is not the reason why the magnetic field stops to increase. The asymptotic form of the power spectrum of the magnetic field in the region of small scales is determined. It is demonstrated that the nonlinearity is essential for the generation of a large-scale magnetic field and therefore plays a crucial role at the stage of the magnetic field decay. Astrophysical applications of the obtained results are discussed.