Propagação e amplificação de ondas eletromagnéticas em plasmas supertérmicos magnetizados

Abstract

A anisotropia de temperatura de elétrons e íons no Vento Solar é um fenômeno que evidencia o papel de processos não térmicos que ocorrem no sistema Sol-Vento-Solar-Magnetosfera Terrestre (SVSM). Distribuições com dispersões de velocidade distintas, nas direções paralela e perpendicular ao campo magnético ambiente, possuem energia livre disponível para gerar instabilidades, as quais irão transferir parte desta energia livre para ondas, relaxando desta forma a distribuição em sentido ao equilíbrio termodinâmico. A fim de investigar as condições marginais de instabilidade, os modelos de funções de distribuição de velocidade supertérmicas com anisotropia de temperatura mais empregados na literatura e que são baseados num comportamento tipo lei de potência, são a distribuição bi-kappa (BK) e a distribuição produto-bi-kappa (PBK). Do ponto de vista puramente matemático, o cálculo do tensor dielétrico é mais simples com a distribuição PBK; isto porque esta já possui as dependências em v? e vk fatoradas, simplificando o cálculo das integrais ressonantes, a exemplo do que ocorre com a distribuição bi-Maxwelliana (BM). No presente trabalho desenvolvemos um formalismo matemático geral que permite a descrição analítica dos mais diversos fenômenos presentes em plasmas supertérmicos descritos por distribuições bi-kappa. Aplicamos este formalismo matemático na descrição da propagação e amplificação/absorção de ondas eletromagnéticas/eletrostáticas em plasmas supertérmicos e na presença de anisotropia de temperatura.

The temperature anisotropy of electrons and ions in the Solar Wind is a phenomenon that highlights the role of non-thermal processes occurring in the Sun-Solar Wind-Terrestrial Magnetosphere system (SSVM). Distributions with distinct velocity dispersions, both in the parallel and perpendicular directions relative to the ambient magnetic field, have free energy available to generate instabilities, which will transfer part of the free energy into waves, thereby relaxing the distribution towards the thermodynamic equilibrium. In order to investigate the marginal conditions for instability, the models of superthermal velocity distribution functions more frequently employed in the literature, which feature a powerlaw dependence on the high-energy particles, are the bi-kappa (BK) and product-bi-kappa (PBK) distributions. From a purely mathematical point of view, the calculation of the dielectric tensor is simpler with the PBK distribution, since its dependence on the v? and vk velocity components is already factored, similar to what occurs with a bi-Maxwellian (BM) distribution. In this work we develop a general mathematical formalism that provides the analytical description of various phenomena present in superthermal plasmas described by bi-kappa distribution functions. We apply this mathematical formalism to the study of the propagation and amplification/damping of electromagnetic/electrostatic waves in superthermal plasmas and in the presence of temperature anisotropy.