Fluctuaciones electromagnéticas en plasmas tipo solar

Abstract

Observaciones remotas e in situ en el viento solar muestran que las distribuciones de velocidad de partículas suelen presentar características de sistemas fuera del equilibrio termodinámico, lo cual representa una fuente de energía libre para la excitación de inestabilidades cinéticas y fluctuaciones en plasmas. Existe evidencia de que estas inestabilidades están activas en el viento solar, ya que parecen acotar la anisotropía térmica de las partículas que lo componen, en particular, de electrones, protones y partículas alfa. Las fluctuaciones electromagnéticas no sólo emergen debido a la presencia de inestabilidades, sino que también podrían estar relacionadas con fluctuaciones espontáneas debido al movimiento térmico aleatorio de las partículas en el plasma. En esta investigación, derivamos expresiones generales para las fluctuaciones espontáneas en plasmas de múltiples especies de partículas, usando como base el teorema de fluctuación-disipación, pero en función de distribuciones de velocidad arbitrarias para cada especie de partícula. En particular, hemos aplicado esta teoría a plasmas magnetizados tipo viento solar. Los resultados indican un comportamiento cualitativamente similar a observaciones reportadas para el viento solar a 1 AU.

Remote sensing and in situ observations in the solar wind show that the particle velocity distributions usually present characteristics of systems out of thermal equilibrium. This represents a source of free energy for the excitation of kinetic instabilities and fluctuations in plasmas. There exists evidence that these instabilities are active in the solar wind since they seem to limit the temperature anisotropy of the solar wind particles, particularly electrons, protons, and alpha particles. The electromagnetic fluctuations emerge not only due to the presence of instabilities, but they may also be related to spontaneous fluctuations due to the thermal random motion of the plasma particles. In this study, we have derived general formulas for the spontaneous fAluctuations in multi-species plasmas, through the use of the fluctuation-dissipation theorem. This formalism is written in terms of arbitrary distribution functions for each species. In particular, we have applied this theory to magnetized solar wind-like plasmas. Our results show a behavior which is qualitatively similar to the reported observations in the solar wind at 1 AU.