[Sep 06, 2013] 유창모 교수 연구실 - ASYMMETRIC ELECTRON DISTRIBUTIONS IN

1 AU 근처의 태양풍과 지구 bow shock 의 upstream 영역에서 관측되는 비대칭적 전자 속도 분포 함수 문제는 천체물리학에서 해결되지 않은 과제이다. 기존 연구에는 이러한 전자 속도 분포를 kappa 분포로 설명하려고 하였다. 하지만, 태양풍에서 관측된 전자 속도 분포는 상당한 비대칭적 고온 꼬리 분포를 포함하고 있기 때문에 단일 성분의 kappa 모델로는 설명이 되지 않는다. 이러한 문제를 해결하기 위해, 입자 (PIC) 전산모사를 이용하여 비대칭적 전자 속도 분포 함수를 만들어내는 타당한 메커니즘에 대하여 연구하였다. 이 연구를 통해서 이온과 전자 온도비가 낮을 때에는 고온 꼬리 분포가 준대칭적이지만, 온도비가 증가됨에 따라 뒤쪽성분으로 비대칭성이 발생된다는 것을 발견하였다. 즉, 온도비의 변화가 비선형 파동-입자 역학에 영향을 주어 비대칭적 분포가 형성된다. 이러한 비대칭적 전자 분포와 온도비의 상호관계는 관측연구에 새롭고 유용한 도구가 될 것이다.

A plausible mechanism responsible for producing asymmetric electron velocity distribution functions in the solar wind is investigated by means of one-dimensional electrostatic particle-in-cell (PIC) simulation. A recent paper suggests that the variation in the ion-to-electron temperature ratio influences the nonlinear wave–particle dynamics such that it results in the formation of asymmetric distributions. The present PIC code simulation largely confirms this finding, but quantitative differences between the weak turbulence formalism and the present PIC simulation are also found, suggesting the limitation of the analytical method. The inter-relationship between the asymmetric electron distribution and the ion-to-electron temperature ratio may be a new useful concept for the observation.