Kinetische Theorie linearer Fluktuationen in magnetisierten und unmagnetisierten stoßfreien Plasmen

• Antragsteller: Professor Dr. Reinhard Schlickeiser
• Fachliche Zuordnung: Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen ; Astrophysik und Astronomie
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 275578165

Fluktuationen sind eine generische Eigenschaft aller Plasmen aufgrund der endlichen Zufallsgeschwindigkeiten der Plasmateilchen. In der Vergangenheit wurden vorwiegend die Fluktuationsspektren von kollektiven schwach anwachsenden-gedämpften Plasmamoden mit nichtrelativistischen kinetischen Plasmagleichungen untersucht. In diesem Projekt soll (1) die kinetische lineare Fluktuationstheorie in unmagnetisierten Plasmen weiterentwickelt werden, wobei insbesondere die assoziierten Dichte- und Geschwindigkeits-Fluktuationsspektren für allgemeine Frequenzen (schwach-propagierend und schwach-gedämpft) quantitativ berechnet werden soll, sowohl für kollektive als auch nicht-kollektive Moden, und (2) die kinetische lineare Fluktuationstheorie für magnetisierte Plasmen auf der Basis der existieren Theorie für unmagnetisierte Plasmen entwickelt werden. Magnetisierte Plasmen enthalten ein gleichförmiges Magnetfeld auf räumlichen Skalen gross gegeh die Wellenlänge der Fluktuationen. Aufgrung der hohen Leitfähigkeit kosmischer Plasmen existieren keine groß-skaligen stationäre elektrischen Felder in diesen Systemen. Das wichtigste unmagnetisierte kosmische Plasma ist das teilweise-ionisierte intergalaktische Medium (IGM) kurz nach dem Einsetzen der Reionisation. Die Erzeugung von aperiodischen magnetischen Fluktuationen im IGM wurde von uns als wichtiger Mechanismus zur Erzeugung kosmologischer Saatmagnetfelder vorgeschlagen. Die assozierten turbulenten Dichte- und Gesachwindigkeits-Fluktuationen können dazu genutzt werden, die Stärke dieser Fluktuationen einzuschränken aus den Beobachtungen von Dispersionsmaßen, Rotationsmaßen und Szintallationsstärken als auch der turbulenten Dopplerverbreiterung von atomaren und molekularen Linien. Die allgemeine (mit keiner Einschränkung auf die Frequenz der Fluktuationen) kinetische lineare Fluktuationstheorie in magnetisierten Plasmen mit speziell relativistisch korrekten kinetischen Plasmagleichungen ist in der Literatur noch nicht systematisch untersucht wurden. Die Ableitung des verallgemeinerten Kirchhoff-Gesetzes für kollektive Moden in magnetisierten Plasmen erlaubt die quantitative Berechnung von Fluktuationsintensitäten von elektrischen und magnetischen Feldern für jede gegebene gyrotrope Gleichgewichtsverteilungsfunktion $f_{a0}(\pper, \ppa )$ unter spontaner Emission und Absorption. Damit ist insbesondere eine quantitative Modellierung der beobachteten magnetischen Sonnenwind-Fluktuationen möglich.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen