امواج سالیتونی غبارصوتی در پلاسماهای غباری فضایی با توزیع غیرتعادلی

در این مقاله، با به‌کارگیری جدیدترین یافته‌ها در مدل توزیع کاپا برای پلاسماهای فضایی غیرتعادلی، امواج غبارصوتی در یک پلاسمای غباری شامل ذرات سنگین غبار با بار منفی و توزیعی از الکترون‌ها و پوزیترون‌های فوق‌گرمایی مطالعه شده‌اند. توزیع سرعت‌ها در این مدل توسط یک شاخص طیفی ناوردا ( ) که مستقل از تعداد درجات‌آزادی سیستم است، و پارامتر  که معرف تعداد درجات‌آزادی سیستم است، برچسب زده می‌شود. در تحلیل خطی، رابطه پاشندگی امواج غبارصوتی مطالعه شده است و در آنجا یک سرعت صوت تعمیم‌یافته وابسته به متغیرهای مساله و دربرگیرنده حالت‌های تعادلی و غیرتعادلی محاسبه شده است. در تحلیل غیر‌خطی و با به‌کار گیری سرعت صوت به‌دست آمده، امواج غبارصوتی سالیتونی با استخراج یک معادله انتگرال انرژی و تحلیل آن مطالعه شده‌اند. شرایط تشکیل چاه‌پتانسیل برای انتشار امواج سالیتونی غبارصوتی، محدوده مجاز دقیق عدد ماخ و نقش پارامترهای سرعت سالیتون، شاخص طیفی و درجات‌آزادی وابسته به پتانسیل اختلالی ( ) در انتشار امواج سالیتونی غبارصوتی به‌صورت پارامتری و عددی بررسی شده‌اند. نشان دادیم که آستانه عدد ماخ به شاخص آدیاباتیک ذرات با توزیع کاپا ارتباط دارد. به‌علاوه، وقوع سالیتون‌های غبارصوتی با پلاریته منفی امکان‌پذیر است. حالت‌های نزدیک و دور از تعادل‌گرمایی مطالعه شده‌اند و نتیجه شده است که در نواحی دور از تعادل‌گرمایی، امکان وقوع سالیتون‌های زیرصوتی وجود دارد و در آن نواحی امواج غبارصوتی سالیتونی با دامنه و شیب پالس بیشتر منتشر می‌شوند.

Dustacoustic Solitary Waves in Space Dusty Plasmas with Nonequilibrium Distribution

In this paper by using the most recent findings in the field of the Kappa distribution statistics for the nonequilibrium space plasmas, dustacoustic waves have been studied in a dusty plasma comprising of the inertial dust particles with negative charges and suprahermal distributions of electrons and positrons. The velocity distribution function for stationay state of the plasma in this model is labeled by an invariant Kappa index () which is independent of the numbers of degrees of freedom, and the parameter  which represents the the numbers of degrees of freedom. In linear analysis, the dispersion relation of dustacoustic waves is studied, whrere the true sound speed of the problem is derived. The derived dustsound speed is a generalized one which depends on the polytropic index of Kappa distributed paricles ( ), which itself depends on the spectral index  and the potential degrees of freedom ( ). Generally, the dustsound speed has its maximum in an equilibrium plamsa with Maxwellian distribution or isothermal electrons ( ), and it reduces by approaching to the antiequilibrium regions with subisothermal electrons ( ). On the other hand, in the nonlinear analysis, the dustacoustic solitary waves have been studied by deriving an energyintegral equation, where we have used the true dustsound speed for defining the true Mach number (the fractional wave speed to the sound speed). The formation conditions of the potential well, the true Mach number domains, and the effects of the parameters of soliton speed, the spectral index  and the potential degrees of freedom via the perturbation ( ) in the propagation of dustacoustic solitary waves have been studied analytically and numerically.  In such a plasma, only the negative polarity solitons are possible. The reason is the negative charge of dust paricles via the attracted electrons, which causes the formation of negative potential solitons. The structure of dustacoustic solitons are examined in the nearequilibrium states, where the spectral indices are distributed with the values of , and also in the farfromthermal equilibrium states which are labeled by the spectral indices with the values of . It is found that the threshold Mach nmber is proportional to the square root of the polytropic index of Kappa distributed paricles which vaies in the range . So, the threshold Mach number increases by approaching to the equilibrium state and it reduces in farfromthermal equilibrium states.  It is shown that the subsonic solitons are possible in the farfromthermal equilibrium plasmas. On the other hand, in an equilibrium plasma, corresponding to the asymptotic limit of , only the altrasonic solitons are possible which confirms the classical theory of solitons in equilibrium statistical mechanics. It is found that the amplitude and steepening of the dustacoustic solitons grows in farfromthermal equilibrium states, which corresponds to the lower values of the spectral index . It is because of the impact the suprathermal particles on dustacoustic solitons in that regions. Furthermore, an increase in Mach number results in the propagation of dustacoustic solitons with more amplitude and steepening, in agreement with the standard theory of solitary waves. Moreover, decreasing the potential degrees of freedom causes an increase in the maximum amplitude and pulse steepening of dustacoustic solitons.