Ion acceleration in antiparallel collisionless magnetic reconnection: Kinetic and fluid aspects

Using a two-dimensional hybrid simulation code, we study the ion acceleration in the vicinity of the ion decoupling region of collisionless magnetic reconnection. We investigate the fluid consequences of the observed kinetic phenomena and discuss to what extent it could be accounted for in fluid modeling. The initial setup is an antiparallel current sheet in a plasma with homogeneous density. We discuss the different forces acting on the ion bulk and show that the two dominant ones are the Hall electric force and the pressure force acting against each others. A dynamic equilibrium, which might also exist in fluid simulations, is here given by a kinetic effect. We therefore explain this pressure by an analysis of the ion distribution function and show that these are the result of an electrostatic bounce motion of the particles between the separatrices. This bounce motion is a characteristic of the ion decoupling region and therefore the resulting pattern of the pressure tensor may be considered as an additional observable feature of antiparallel reconnection in satellite data.

RésuméA lʼaide dʼun code de simulation hybride bi-dimensionnel, nous étudions la zone de découplage ionique créée lors de la reconnexion magnétique non collisionnelle. Nous examinons les conséquences fluides des phénomènes cinétiques observés et discutons dans quelle mesure ils peuvent être expliqués dʼun point de vue fluide. La configuration initiale est une couche de courant antiparallèle dans un plasma de densité homogène. Nous discutons les différentes forces agissant sur le fluide ionique et montrons que les deux contributions dominantes sont la force électrique Hall et la force de pression agissant lʼune contre lʼautre. Lʼéquilibre dynamique, qui peut également se trouver dans des simulations fluides, est ici engendré par un effet cinétique. Nous étudions donc cette force de pression par une analyse des fonctions de distribution et montrons que celles-ci résultent dʼun mouvement de rebond électrostatique des ions sur les séparatrices. Ce mouvement de rebond est caractéristique de la zone de découplage ionique et le tenseur de pression des ions en résultant peut alors être considéré comme une nouvelle observable de la reconnexion magnétique non collisionnelle dans les données obtenues par satellite.