Proton, electron, and ion heating in the fast solar wind from nonlinear coupling between Alfvénic and fast-mode turbulence

Astrophysical Journal

Volumn 754, Issue 2, 2012, Pages

  Cranmer, Steven R ^a   Van Ballegooijen, Adriaan A ^a  

^a HARVARD SMITHSONIAN CENTER FOR ASTROPHYSICS   (United States)

Author keywords

magnetohydrodynamics (MHD); plasmas; solar wind; Sun: corona; turbulence; waves

Indexed keywords

EID: 84864262934     PISSN: 0004637X     EISSN: 15384357     Source Type: Journal    
DOI: 10.1088/0004-637X/754/2/92     Document Type: Article

References (223)

1. Alfvén, H. 1947, MNRAS, 107, 211
2. Allen, L. A., Habbal, S. R., & Hu, Y. Q. 1998, J. Geophys. Res., 103, 6551
3. Avrett, E. H. & Loeser, R. 2008, ApJS, 175, 229
4. Banerjee, D., Teriaca, L., Doyle, J. G., & Wilhelm, K. 1998, A&A, 339, 208
5. Barnes, A. 1966, Phys. Fluids, 9, 1483
6. Bashir, M. F., Iqbal, Z., Aslam, I., & Murtaza, G. 2010, Phys. Plasmas, 17, 102112
7. Batchelor, G. K. 1953, Theory of Homogeneous Turbulence (Cambridge: Cambridge Univ. Press)
8. Bavassano, B., Pietropaolo, E., & Bruno, R. 2000, J. Geophys. Res., 105, 15959
9. Beresnyak, A. 2011, Phys. Rev. Lett., 106, 075001
10. Beresnyak, A. & Lazarian, A. 2008, ApJ, 682, 1070
11. Beresnyak, A. & Lazarian, A. 2009, ApJ, 702, 460
12. Bhattacharjee, A. & Ng, C. S. 2001, ApJ, 548, 318
13. Bingert, S. & Peter, H. 2011, A&A, 530, A112
14. Biskamp, D., Schwarz, E., & Drake, J. F. 1996, Phys. Rev. Lett., 76, 1264
15. Bogdan, T. J., Rosenthal, C. S., & Carlsson, M. et al. 2002, Astron. Nachr., 323, 196
16. Boldyrev, S. 2005, ApJ, 626, L37 (Pubitemid 41020977)
17. Boldyrev, S. 2006, Phys. Rev. Lett., 96, 115002
18. Boldyrev, S. & Perez, J. C. 2009, Phys. Rev. Lett., 103, 225001
19. Borovsky, J. E. & Gary, S. P. 2011, J. Geophys. Res., 116, A07101
20. Bourouaine, S., Marsch, E., & Neubauer, F. M. 2010, Geophys. Res. Lett., 37, L14104
21. Braginskii, S. I. 1965, Rev. Plasma Phys., 1, 205
22. Breech, B., Matthaeus, W. H., Cranmer, S. R., Kasper, J., & Oughton, S. 2009, J. Geophys. Res., 114, A09103
23. Breech, B., Matthaeus, W. H., & Minnie, J. et al. 2008, J. Geophys. Res., 113, A08105
24. Cally, P. S. & Hansen, S. C. 2011, ApJ, 738, 119
25. Campos, L. M. B. C. 1999, Phys. Plasmas, 6, 57 (Pubitemid 129710045)
26. Chae, J., Schühle, U., & Lemaire, P. 1998, ApJ, 505, 957 (Pubitemid 128140878)
27. Chandran, B. D. G. 2005, Phys. Rev. Lett., 95, 265004 (Pubitemid 43061558)
28. Chandran, B. D. G. 2008a, Phys. Rev. Lett., 101, 235004
29. Chandran, B. D. G. 2008b, ApJ, 685, 646
30. Chandran, B. D. G. 2010, ApJ, 720, 548
31. Chandran, B. D. G., Dennis, T. J., Quataert, E., & Bale, S. D. 2011, ApJ, 743, 197
32. Chandran, B. D. G. & Hollweg, J. V. 2009, ApJ, 707, 1659
33. Chandran, B. D. G., Quataert, E., Howes, G. G., Xia, Q., & Pongkitiwanichakul, P. 2009, ApJ, 707, 1668
34. Chandrasekhar, S. 1943, Rev. Mod. Phys., 15, 1
35. Chang, Z. & Callen, J. D. 1992, Phys. Fluids B, 4, 1167
36. Chen, C. H. K., Mallet, A., Yousef, T. A., Schekochihin, A. A., & Horbury, T. S. 2011, MNRAS, 415, 3219
37. Chin, Y.-C. & Wentzel, D. G. 1972, Ap&SS, 16, 465
38. Cho, J. 2010, ApJ, 725, 1786
39. Cho, J. & Lazarian, A. 2003, MNRAS, 345, 325 (Pubitemid 37291546)
40. Cho, J., Lazarian, A., & Vishniac, E. T. 2002, ApJ, 564, 291 (Pubitemid 37103948)
41. Coleman, P. J., Jr. 1968, ApJ, 153, 371
42. Coles, W. A. & Harmon, J. K. 1989, ApJ, 337, 1023
43. Cranmer, S. R. 2000, ApJ, 532, 1197
44. Cranmer, S. R. 2001, J. Geophys. Res., 106, 24937
45. Cranmer, S. R. 2009a, Living Rev. Sol. Phys., 6, 3
46. Cranmer, S. R. 2009b, ApJ, 701, 396
47. Cranmer, S. R. 2010, ApJ, 710, 676
48. Cranmer, S. R., Field, G. B., & Kohl, J. L. 1999, ApJ, 518, 937
49. Cranmer, S. R., Matthaeus, W. H., Breech, B. A., & Kasper, J. C. 2009, ApJ, 702, 1604
50. Cranmer, S. R. & van Ballegooijen, A. A. 2003, ApJ, 594, 573 (Pubitemid 37223684)
51. Cranmer, S. R. & van Ballegooijen, A. A. 2005, ApJS, 156, 265 (Pubitemid 40322642)
52. Cranmer, S. R., van Ballegooijen, A. A., & Edgar, R. J. 2007, ApJS, 171, 520
53. Cuntz, M. & Suess, S. T. 2001, ApJ, 549, L143
54. Del Zanna, L., Velli, M., & Londrillo, P. 2001, A&A, 367, 705
55. Dewar, R. L. 1970, Phys. Fluids, 13, 2710
56. Dmitruk, P. & Matthaeus, W. H. 2003, ApJ, 597, 1097 (Pubitemid 38202806)
57. Dmitruk, P., Matthaeus, W. H., & Milano, L. J. et al. 2002, ApJ, 575, 571 (Pubitemid 37089246)
58. Dmitruk, P., Milano, L. J., & Matthaeus, W. H. 2001, ApJ, 548, 482
59. Eichler, D. 1979, ApJ, 229, 413
60. Elsasser, W. M. 1950, Phys. Rev., 79, 183
61. Esser, R., Fineschi, S., & Dobrzycka, D. et al. 1999, ApJ, 510, L63
62. Fedun, V., Shelyag, S., & Erdélyi, R. 2011, ApJ, 727, 17
63. Ferraro, C. A. & Plumpton, C. 1958, ApJ, 127, 459
64. Fontenla, J. M., Avrett, E. H., & Loeser, R. 1990, ApJ, 355, 700
65. Forman, M. A., Wicks, R. T., & Horbury, T. S. 2011, ApJ, 733, 76
66. Frisch, U. 1964, Ann. Astrophys., 27, 224
67. Galinsky, V. L. & Shevchenko, V. I. 2000, Phys. Rev. Lett., 85, 90
68. Galtier, S. & Buchlin, É. 2010, ApJ, 722, 1977
69. Galtier, S., Nazarenko, S. V., Newell, A. C., & Pouquet, A. 2000, J. Plasma Phys., 63, 447
70. Galtier, S., Pouquet, A., & Mangeney, A. 2005, Phys. Plasmas, 12, 092310 (Pubitemid 41526744)
71. Gary, S. P. 1991, Space Sci. Rev., 56, 373
72. Gary, S. P. & Borovsky, J. E. 2004, J. Geophys. Res., 109, A06105
73. Gary, S. P. & Borovsky, J. E. 2008, J. Geophys. Res., 113, A12104
74. Gary, S. P., Saito, S., & Narita, Y. 2010, ApJ, 716, 1332
75. Goedbloed, J. P. H. & Poedts, S. 2004, Principles of Magnetohydrodynamics (Cambridge: Cambridge Univ. Press)
76. Gogoberidze, G., Rogava, A., & Poedts, S. 2007, ApJ, 664, 549
77. Goldreich, P. & Sridhar, S. 1995, ApJ, 438, 763
78. Goldreich, P. & Sridhar, S. 1997, ApJ, 485, 680 (Pubitemid 127113460)
79. Goldstein, M. L. 1978, ApJ, 219, 700
80. Goldstein, M. L., Roberts, D. A., & Matthaeus, W. H. 1995, ARA&A, 33, 283
81. Grappin, R., Leorat, J., & Pouqet, A. 1983, A&A, 126, 51
82. Grappin, R. & Velli, M. 1996, J. Geophys. Res., 101, 425
83. Hansteen, V. H. & Leer, E. 1995, J. Geophys. Res., 100, 21577
84. Harmon, J. K. & Coles, W. A. 2005, J. Geophys. Res., 110, A03101 (Pubitemid 44237746)
85. Hasan, S. S. & van Ballegooijen, A. A. 2008, ApJ, 680, 1542
86. Hasegawa, A. & Chen, L. 1976, Phys. Fluids, 19, 1924
87. He, J.-S., Marsch, E., Tu, C.-Y., Yao, S., & Tian, H. 2011, ApJ, 731, 85
88. Heinemann, M. & Olbert, S. 1980, J. Geophys. Res., 85, 1311
89. Higdon, J. C. 1984, ApJ, 285, 109
90. Hollweg, J. V. 1971, J. Geophys. Res., 76, 5155
91. Hollweg, J. V. 1974, J. Geophys. Res., 79, 1539
92. Hollweg, J. V. 1978a, Sol. Phys., 56, 305
93. Hollweg, J. V. 1978b, Geophys. Res. Lett., 5, 731
94. Hollweg, J. V. 1986, J. Geophys. Res., 91, 4111
95. Hollweg, J. V. 1999, J. Geophys. Res., 104, 14811
96. Hollweg, J. V. 2008, JA&A, 29, 217
97. Hollweg, J. V., Cranmer, S. R., & Chandran, B. D. G. 2010, ApJ, 722, 1495
98. Hollweg, J. V. & Isenberg, P. A. 2002, J. Geophys. Res., 107, 1147
99. Hossain, M., Gray, P. C., Pontius, D. H., Jr., Matthaeus, W. H., & Oughton, S. 1995, Phys. Fluids, 7, 2886
100. Howes, G. G. 2010, MNRAS, 409, L104
101. Howes, G. G. 2011, ApJ, 738, 40
102. Howes, G. G., Cowley, S. C., & Dorland, W. et al. 2008, J. Geophys. Res., 113, A05103
103. Howes, G. G., TenBarge, J. M., & Dorland, W. 2011, Phys. Plasmas, 18, 102305
104. Hunana, P. & Zank, G. P. 2010, ApJ, 718, 148
105. Iroshnikov, P. S. 1963, AZh, 40, 742
106. Isenberg, P. A. 2001, Space Sci. Rev., 95, 119 (Pubitemid 32114589)
107. Isenberg, P. A. & Hollweg, J. V. 1982, J. Geophys. Res., 87, 5023
108. Isenberg, P. A. & Vasquez, B. J. 2009, ApJ, 696, 591
109. Isenberg, P. A. & Vasquez, B. J. 2011, ApJ, 731, 88
110. Issautier, K., Meyer-Vernet, N., Moncuquet, M., & Hoang, S. 1998, J. Geophys. Res., 103, 1969
111. Jacques, S. A. 1977, ApJ, 215, 942
112. Ji, J.-Y., Held, E. D., & Sovinec, C. R. 2009, Phys. Plasmas, 16, 022312
113. Jiang, Y. W., Liu, S., & Petrosian, V. 2009, ApJ, 698, 163
114. Johnson, J. R. & Cheng, C. Z. 2001, Geophys. Res. Lett., 28, 4421 (Pubitemid 34046076)
115. Kasper, J. C., Lazarus, A. J., & Gary, S. P. 2008, Phys. Rev. Lett., 101, 261103
116. Khodachenko, M. L., Arber, T. D., Rucker, H. O., & Hanslmeier, A. 2004, A&A, 422, 1073
117. Kitagawa, N., Yokoyama, T., Imada, S., & Hara, H. 2010, ApJ, 721, 744
118. Kohl, J. L., Esser, R., & Gardner, L. D. et al. 1995, Sol. Phys., 162, 313
119. Kohl, J. L., Noci, G., & Antonucci, E. et al. 1997, Sol. Phys., 175, 613 (Pubitemid 128020143)
120. Kohl, J. L., Noci, G., Cranmer, S. R., & Raymond, J. C. 2006, A&AR, 13, 31
121. Kolmogorov, A. N. 1941, Dokl. Akad. Nauk SSSR, 30, 301
122. Kraichnan, R. H. 1965, Phys. Fluids, 8, 1385
123. Krauss-Varban, D., Omidi, N., & Quest, K. B. 1994, J. Geophys. Res., 99, 5987
124. Lacombe, C. & Mangeney, A. 1980, A&A, 88, 277
125. Landi, E. & Cranmer, S. R. 2009, ApJ, 691, 794
126. Leamon, R. J., Smith, C. W., Ness, N. F., Matthaeus, W. H., & Wong, H. K. 1998, J. Geophys. Res., 103, 4775
127. Leamon, R. J., Smith, C. W., Ness, N. F., & Wong, H. K. 1999, J. Geophys. Res., 104, 22331
128. Lehe, R., Parrish, I. J., & Quataert, E. 2009, ApJ, 707, 404
129. Leith, C. E. 1967, Phys. Fluids, 10, 1409
130. Li, B., Xia, L.-D., & Chen, Y. 2011, A&A, 529, A148
131. Liewer, P. C., Velli, M., & Goldstein, B. E. 2001, J. Geophys. Res., 106, 29261
132. Lithwick, Y., Goldreich, P., & Sridhar, S. 2007, ApJ, 655, 269
133. Luo, Q. & Melrose, D. 2006, MNRAS, 368, 1151 (Pubitemid 43701763)
134. Markovskii, S. A. 2001, ApJ, 557, 337
135. Markovskii, S. A., Vasquez, B. J., & Chandran, B. D. G. 2010, ApJ, 709, 1003
136. Markovskii, S. A., Vasquez, B. J., Smith, C. W., & Hollweg, J. V. 2006, ApJ, 639, 1177 (Pubitemid 43448755)
137. Marsch, E. 1999, Space Sci. Rev., 87, 1
138. Marsch, E. 2006, Living Rev. Sol. Phys., 3, 1
139. Marsch, E. & Tu, C.-Y. 1990, J. Geophys. Res., 95, 11945
140. Marsch, E. & Tu, C.-Y. 2001a, J. Geophys. Res., 106, 227
141. Marsch, E. & Tu, C.-Y. 2001b, J. Geophys. Res., 106, 8357
142. Mason, J., Perez, J. C., Cattaneo, F., & Boldyrev, S. 2011, ApJ, 735, L26
143. Matthaeus, W. H., Dmitruk, P., Oughton, S., & Mullan, D. 2003, Solar Wind Ten (AIP Conf. Proc. 679), ed. M. Velli & R. Bruno (Melville, NY: AIP), 427
144. Matthaeus, W. H., Oughton, S., Pontius, D. H., & Zhou, Y. 1994, J. Geophys. Res., 99, 19267
145. Matthaeus, W. H., Oughton, S., & Zhou, Y. 2009, Phys. Rev. E, 79, 035401
146. Matthaeus, W. H., Zank, G. P., Oughton, S., Mullan, D. J., & Dmitruk, P. 1999, ApJ, 523, L93
147. McDougall, A. M. D. & Hood, A. W. 2007, Sol. Phys., 246, 259
148. Mecheri, R. & Marsch, E. 2008, A&A, 481, 853 (Pubitemid 351483278)
149. Medvedev, M. V. 2000, ApJ, 541, 811
150. Miller, J. A., LaRosa, T. N., & Moore, R. L. 1996, ApJ, 461, 445 (Pubitemid 126063384)
151. Montgomery, D. & Turner, L. 1981, Phys. Fluids, 24, 825
152. Nakayama, K. 1999, ApJ, 523, 315
153. Nakayama, K. 2001, ApJ, 556, 1027
154. Narita, Y., Sahraoui, F., Goldstein, M. L., & Glassmeier, K.-H. 2010, J. Geophys. Res., 115, A04101
155. Neugebauer, M. 1982, Space Sci. Rev., 33, 127
156. Obukhov, A. M. 1941, Dokl. Akad. Nauk SSSR, 32, 19
157. Ofman, L., Nakariakov, V. M., & DeForest, C. E. 1999, ApJ, 514, 441
158. Osterbrock, D. E. 1961, ApJ, 134, 347
159. Oughton, S., Dmitruk, P., & Matthaeus, W. H. 2006, Phys. Plasmas, 13, 042306
160. Pao, Y.-H. 1965, Phys. Fluids, 8, 1063
161. Perkins, F. 1973, ApJ, 179, 637
162. Pierrard, V. & Lazar, M. 2010, Sol. Phys., 267, 153
163. Podesta, J. J. 2011, J. Geophys. Res., 116, A05101
164. Poedts, S., Rogava, A. D., & Mahajan, S. M. 1998, ApJ, 505, 369 (Pubitemid 128137991)
165. Priest, E. R. & Pneuman, G. W. 1974, Sol. Phys., 34, 231
166. Quataert, E. 1998, ApJ, 500, 978
167. Quataert, E. & Gruzinov, A. 1999, ApJ, 520, 248
168. Ragot, B. R. 2006, ApJ, 647, 630 (Pubitemid 44352098)
169. Rappazzo, A. F., Velli, M., Einaudi, G., & Dahlburg, R. B. 2008, ApJ, 677, 1348
170. Sagdeev, R. Z. & Galeev, A. A. 1969, Nonlinear Plasma Theory (New York: Benjamin)
171. Sahraoui, F., Goldstein, M. L., Belmont, G., Canu, P., & Rezeau, L. 2010, Phys. Rev. Lett., 105, 131101
172. Shalchi, A. & Kourakis, I. 2007, Phys. Plasmas, 14, 112901 (Pubitemid 350198190)
173. Sharma, R. P. & Kumar, S. 2010, Sol. Phys., 267, 141
174. Shebalin, J. V., Matthaeus, W. H., & Montgomery, D. 1983, J. Plasma Phys., 29, 525
175. Smith, C. W., Hamilton, K., Vasquez, B. J., & Leamon, R. J. 2006, ApJ, 645, L85 (Pubitemid 44199755)
176. Smith, C. W., Vasquez, B. J., & Hollweg, J. V. 2012, ApJ, 745, 8
177. Sokolov, I. V., Roussev, I. I., Skender, M., Gombosi, T. I., & Usmanov, A. V. 2009, ApJ, 696, 261
178. Spangler, S. R. 1989, Phys. Fluids B, 1, 1738
179. Spangler, S. R. 1991, ApJ, 376, 540
180. Spangler, S. R. 2002, ApJ, 576, 997 (Pubitemid 37094980)
181. Spitzer, L., Jr. 1962, Physics of Fully Ionized Gases, 2nd ed, (New York: Wiley)
182. Spruit, H. C. 1981, A&A, 98, 155
183. Stawicki, O., Gary, S. P., & Li, H. 2001, J. Geophys. Res., 106, 8273
184. Stein, R. F. 1971, ApJS, 22, 419
185. Stepanov, K. N. 1958, Sov. Phys. - JETP, 34, 892
186. Stix, T. H. 1992, The Theory of Plasma Waves (New York: McGraw-Hill)
187. Strauss, H. R. 1976, Phys. Fluids, 19, 134
188. Suzuki, T. K. & Inutsuka, S.-I. 2006, J. Geophys. Res., 111, A06101
189. Suzuki, T. K., Lazarian, A., & Beresnyak, A. 2007, ApJ, 662, 1033
190. Svidzinski, V. A., Li, H., Rose, H. A., Albright, B. J., & Bowers, K. J. 2009, Phys. Plasmas, 16, 122310
191. Tu, C.-Y. 1984, Chin. Astron. Astrophys., 8, 162
192. Tu, C.-Y. 1988, J. Geophys. Res., 93, 7
193. Tu, C.-Y. & Marsch, E. 1994, J. Geophys. Res., 99, 21481
194. Tu, C.-Y. & Marsch, E. 1995, Space Sci. Rev., 73, 1
195. Tu, C.-Y. & Marsch, E. 2001, A&A, 368, 1071
196. Tu, C.-Y., Pu, Z.-Y., & Wei, F.-S. 1984, J. Geophys. Res., 89, 9695
197. Valley, G. C. 1974, ApJ, 188, 181
198. van Ballegooijen, A. A. 1986, ApJ, 311, 1001
199. van Ballegooijen, A. A., Asgari-Targhi, M., Cranmer, S. R., & DeLuca, E. 2011, ApJ, 736, 3
200. Vasquez, B. J. & Hollweg, J. V. 1999, J. Geophys. Res., 104, 4681
201. Vasyliunas, V. M. 1968, J. Geophys. Res., 73, 2839
202. Velli, M. 1993, A&A, 270, 304
203. Verdini, A. & Velli, M. 2007, ApJ, 662, 669
204. Verdini, A., Velli, M., & Buchlin, E. 2009, ApJ, 700, L39
205. Verdini, A., Velli, M., Matthaeus, W. H., Oughton, S., & Dmitruk, P. 2010, ApJ, 708, L116
206. Voitenko, Y. & De Keyser, J. 2011, Nonlinear Process. Geophys., 18, 587
207. Voitenko, Y. & Goossens, M. 2004, ApJ, 605, L149 (Pubitemid 38706090)
208. von Kármán, T. & Howarth, L. 1938, Proc. R. Soc. A, 164, 192
209. Vranjes, J. & Poedts, S. 2008, A&A, 482, 653 (Pubitemid 351555174)
210. Wang, Y., Boldyrev, S., & Perez, J. C. 2011, ApJ, 740, L36
211. Wang, Y.-M. 1994, ApJ, 435, L153 (Pubitemid 24833617)
212. Weber, E. J. & Davis, L., Jr. 1967, ApJ, 148, 217
213. Wentzel, D. G. 1974, Sol. Phys., 39, 129
214. Whang, Y. C. 1997, ApJ, 485, 389 (Pubitemid 127111459)
215. Wilhelm, K., Curdt, W., & Marsch, E. et al. 1995, Sol. Phys., 162, 189
216. Wilhelm, K., Lemaire, P., & Curdt, W. et al. 1997, Sol. Phys., 170, 75 (Pubitemid 127041126)
217. Williams, L. L. 1995, ApJ, 453, 953
218. Wu, D. J. & Yang, L. 2007, ApJ, 659, 1693
219. Yan, H. & Lazarian, A. 2004, ApJ, 614, 757 (Pubitemid 39604666)
220. Yoon, P. H. & Fang, T.-M. 2008, Plasma Phys. Control. Fusion, 50, 085007
221. Zank, G. P., Matthaeus, W. H., & Smith, C. W. 1996, J. Geophys. Res., 101, 17093
222. Zhou, Y. & Matthaeus, W. H. 1990a, J. Geophys. Res., 95, 10291
223. Zhou, Y. & Matthaeus, W. H. 1990b, J. Geophys. Res., 95, 14881