Our understanding of magnetic reconnection in resistive magnetohydrodynamics has gone through a fundamental change in recent years. The conventional wisdom is that magnetic reconnection mediated by resistivity is slow in laminar high Lundquist (S) plasmas, constrained by the scaling of the reconnection rate predicted by Sweet-Parker theory. However, recent studies have shown that when S exceeds a critical value 104, the Sweet-Parker current sheet is unstable to a super-Alfvénic plasmoid instability, with a linear growth rate that scales as S1/4. In the fully developed statistical steady state of two-dimensional resistive magnetohydrodynamic simulations, the normalized average reconnection rate is approximately 0.01, nearly independent of S, and the distribution function f(ψ) of plasmoid magnetic flux ψ follows a power law f(ψ)ψ1. When Hall effects are included, the plasmoid instability may trigger onset of Hall reconnection even when the conventional criterion for onset is not satisfied. The rich variety of possible reconnection dynamics is organized in the framework of a phase diagram.

1.
E. G.
Zweibel
and
M.
Yamada
,
Annu. Rev. Astron. Astrophys.
47
,
291
(
2009
).
2.
M.
Yamada
,
R.
Kulsrud
, and
H.
Ji
,
Rev. Mod. Phys.
82
,
603
(
2010
).
3.
P. A.
Sweet
,
Nuovo Cimento, Suppl.
8
,
188
(
1958
).
4.
E. N.
Parker
,
J. Geophys. Res.
62
,
509
, doi: (
1957
).
5.
J.
Birn
,
J. F.
Drake
,
M. A.
Shay
,
B. N.
Rogers
,
R. E.
Denton
,
M.
Hesse
,
M.
Kuznetsova
,
Z. W.
Ma
,
A.
Bhattacharjee
,
A.
Otto
, and
P. L.
Pritchett
,
J. Geophys. Res.
106
,
3715
, doi: (
2001
).
6.
R. K.
Jaggi
,
J. Geophys. Res.
68
,
4429
, doi: (
1963
).
7.
S. V.
Bulanov
,
J.
Sakai
, and
S. I.
Syrovatskii
,
Sov. J. Plasma Phys.
5
,
157
(
1979
).
8.
L. C.
Lee
and
Z. F.
Fu
,
J. Geophys. Res.
91
,
6807
, doi: (
1986
).
9.
D.
Biskamp
,
Phys. Fluids
29
,
1520
(
1986
).
10.
M.
Yan
,
H. C.
Lee
, and
E. R.
Priest
,
J. Geophys. Res.
97
,
8277
, doi: (
1992
).
11.
K.
Shibata
and
S.
Tanuma
,
Earth, Planets Space
53
,
473
(
2001
).
12.
13.
M.
Ohyama
and
K.
Shibata
,
Astrophys. J.
499
,
934
(
1998
).
14.
B.
Kliem
,
M.
Karlický
, and
A. O.
Benz
,
Astron. Astrophys.
360
,
715
(
2000
).
15.
Y.-K.
Ko
,
J. C.
Raymond
,
J.
Lin
,
G.
Lawrence
,
J.
Li
, and
A.
Fludra
,
Astrophys. J.
594
,
1068
(
2003
).
16.
A.
Asai
,
T.
Yokoyama
,
M.
Shimojo
, and
K.
Shibata
,
Astrophys. J. Lett.
605
,
L77
(
2004
).
17.
L.
Sui
,
G. D.
Holman
, and
B. R.
Dennis
,
Astrophys. J.
626
,
1102
(
2005
).
18.
J.
Lin
,
S. R.
Cranmer
, and
C. J.
Farrugia
,
J. Geophys. Res.
113
,
A11107
, doi: (
2008
).
19.
N.
Nishizuka
,
H.
Takasaki
,
A.
Asai
, and
K.
Shibata
,
Astrophys. J.
711
,
1062
(
2010
).
20.
L. J.
Chen
,
N.
Bessho
,
B.
Lefebvre
,
H.
Vaith
,
A.
Fazakerley
,
A.
Bhattacharjee
,
P. A.
Puhl-Quinn
,
A.
Runov
,
Y.
Khotyaintsev
,
A.
Vaivads
,
E.
Georgescu
, and
R.
Torbert
,
J. Geophys. Res.
113
,
A12213
, doi: (
2008
).
21.
L.-J.
Chen
,
A.
Bhattacharjee
,
P. A.
Puhl-Quinn
,
H.
Yang
,
N.
Bessho
,
S.
Imada
,
S.
Muehlbachler
,
P. W.
Daly
,
B.
Lefebvre
,
Y.
Khotyaintsev
,
A.
Vaivads
,
A.
Fazakerley
, and
E.
Georgescu
,
Nat. Phys.
4
,
19
(
2008
).
22.
R.
Liu
,
J.
Lee
,
T.
Wang
,
G.
Stenborg
,
C.
Liu
,
and H.
Wang
,
Astrophys. J. Lett.
723
,
L28
(
2010
).
23.
M.
Bárta
,
J.
Büchner
,
M.
Karlický
, and
P.
Kotrč
,
Astrophys. J.
730
,
47
(
2011
).
24.
N. F.
Loureiro
,
A. A.
Schekochihin
, and
S. C.
Cowley
,
Phys. Plasmas
14
,
100703
(
2007
).
25.
A.
Bhattacharjee
,
Y.-M.
Huang
,
H.
Yang
, and
B.
Rogers
,
Phys. Plasmas
16
,
112102
(
2009
).
26.
N. F.
Loureiro
,
D. A.
Uzdensky
,
A. A.
Schekochihin
,
S. C.
Cowley
, and
T. A.
Yousef
,
Mon. Not. R. Astron. Soc.
399
,
L146
(
2009
).
27.
P. A.
Cassak
,
M. A.
Shay
, and
J. F.
Drake
,
Phys. Plasmas
16
,
120702
(
2009
).
28.
Y.-M.
Huang
and
A.
Bhattacharjee
,
Phys. Plasmas
17
,
062104
(
2010
).
29.
D. A.
Uzdensky
,
N. F.
Loureiro
, and
A. A.
Schekochihin
,
Phys. Rev. Lett.
105
,
235002
(
2010
).
30.
W.
Daughton
,
V.
Roytershteyn
,
B. J.
Albright
,
H.
Karimabadi
,
L.
Yin
, and
K. J.
Bowers
,
Phys. Rev. Lett.
103
,
065004
(
2009
).
31.
L. S.
Shepherd
and
P. A.
Cassak
,
Phys. Rev. Lett.
105
,
015004
(
2010
).
32.
Y.-M.
Huang
,
A.
Bhattacharjee
, and
B. P.
Sullivan
,
Phys. Plasmas
18
,
072109
(
2011
).
33.
P. A.
Cassak
,
M. A.
Shay
, and
J. F.
Drake
,
Phys. Rev. Lett.
95
,
235002
(
2005
).
34.
B.
Coppi
,
E.
Galvao
,
R.
Pellat
,
M. N.
Rosenbluth
, and
P. H.
Rutherford
,
Sov. J. Plasma Phys.
2
,
533
(
1976
).
35.
R.
Samtaney
,
N. F.
Loureiro
,
D. A.
Uzdensky
,
A. A.
Schekochihin
, and
S. C.
Cowley
,
Phys. Rev. Lett.
103
,
105004
(
2009
).
36.
L.
Ni
,
K.
Germaschewski
,
Y.-M.
Huang
,
B. P.
Sullivan
,
H.
Yang
, and
A.
Bhattacharjee
,
Phys. Plasmas
17
,
052109
(
2010
).
37.
N. F.
Loureiro
,
R.
Samtaney
,
A. A.
Schekochihin
, and
D. A.
Uzdensky
,
Phys. Plasmas
19
,
042303
(
2012
).
38.
C. S.
Ng
and
S.
Ragunathan
, in
Numerical Modeling of Space Plasma Flows: ASTRONUM-2010
, ASP Conference Series, Vol.
444
, edited by
N. V.
Pogorelov
,
E.
Audit
, and
G. P.
Zank
(
Astronomical Society of the Pacific
,
2011
), pp.
124
129
; e-print arXiv:1106.0521.
39.
L.
Ni
,
U.
Ziegler
,
Y.-M.
Huang
,
J.
Lin
, and
Z.
Mei
,
Phys. Plasmas
19
,
072902
(
2012
).
40.
P. H.
Rutherford
,
Phys. Fluids
16
,
1903
(
1973
).
41.
R. L.
Fermo
,
J. F.
Drake
, and
M.
Swisdak
,
Phys. Plasmas
17
,
010702
(
2010
).
42.
R. L.
Fermo
,
J. F.
Drake
,
M.
Swisdak
, and
K.-J.
Hwang
,
J. Geophys. Res.
116
,
A09226
, doi: (
2011
).
43.
J. F.
Drake
,
M.
Swisdak
,
H.
Che
, and
M. A.
Shay
,
Nature
443
,
553
(
2006
).
44.
M.
Schroeder
,
Fractals, Chaos, Power Laws: Minutes from an Infinite Paradise
(
W. H. Freeman and Company
,
New York
,
1990
).
45.
Y.-M.
Huang
and
A.
Bhattacharjee
,
Phys. Rev. Lett.
109
,
265002
(
2012
); e-print arXiv:1211.6708.
46.
F.
Benford
,
Proc. Am. Philos. Soc.
78
,
551
(
1938
).
47.
H.
Baty
,
Phys. Plasmas
19
,
092110
(
2012
).
48.
D. A.
Knoll
and
L.
Chacón
,
Phys. Plasmas
13
,
032307
(
2006
).
49.
H.
Karimabadi
,
J.
Dorelli
,
V.
Roytershteyn
,
W.
Daughton
, and
L.
Chacón
,
Phys. Rev. Lett.
107
,
025002
(
2011
).
50.
A. Y.
Aydemir
,
Phys. Fluids B
4
,
3469
(
1992
).
51.
Z. W.
Ma
and
A.
Bhattacharjee
,
Geophys. Res. Lett.
23
,
1673
, doi: (
1996
).
52.
J. C.
Dorelli
and
J.
Birn
,
J. Geophys. Res.
108
,
1133
, doi: (
2003
).
53.
A.
Bhattacharjee
,
Annu. Rev. Astron. Astrophys.
42
,
365
(
2004
).
54.
P. A.
Cassak
,
J. F.
Drake
, and
M. A.
Shay
,
Phys. Plasmas
14
,
054502
(
2007
).
55.
H.
Ji
and
W.
Daughton
,
Phys. Plasmas
18
,
111207
(
2011
).
56.
W.
Daughton
and
V.
Roytershteyn
,
Space Sci. Rev.
172
,
271
(
2012
).
57.
P. A.
Cassak
and
J. F.
Drake
, “
On phase diagrams of magnetic reconnection
,”
Phys. Plasmas
(in press).
58.
P. A.
Cassak
,
M. A.
Shay
, and
J. F.
Drake
,
Phys. Plasmas
17
,
062105
(
2010
).
59.
B. P.
Sullivan
,
A.
Bhattacharjee
, and
Y.-M.
Huang
,
Phys. Plasmas
17
,
114507
(
2010
).
60.
S. D.
Baalrud
,
A.
Bhattacharjee
,
Y.-M.
Huang
, and
K.
Germaschewski
,
Phys. Plasmas
18
,
092108
(
2011
).
61.
W.
Daughton
,
V.
Roytershteyn
,
H.
Karimabadi
,
L.
Yin
,
B. J.
Albright
,
B.
Bergen
, and
K. J.
Bower
,
Nat. Phys.
7
,
539
(
2011
).
62.
S. D.
Baalrud
,
A.
Bhattacharjee
, and
Y.-M.
Huang
,
Phys. Plasmas
19
,
022101
(
2012
).
63.
A.
Lazarian
and
E. T.
Vishniac
,
Astrophys. J.
517
,
700
(
1999
).
64.
G.
Kowal
,
A.
Lazarian
,
E. T.
Vishniac
, and
K.
Otmianowska-Mazur
,
Astrophys. J.
700
,
63
(
2009
).
65.
G. L.
Eyink
,
A.
Lazarian
, and
E. T.
Vishniac
,
Astrophys. J.
743
,
51
(
2011
); e-print arXiv:1103.1882.
66.
A.
Lazarian
,
G. L.
Eyink
, and
E. T.
Vishniac
,
Phys. Plasmas
19
,
012105
(
2012
).
67.
D. A.
Uzdensky
,
Astrophys. J.
671
,
2139
(
2007
).
68.
D. A.
Uzdensky
,
Phys. Rev. Lett.
99
,
261101
(
2007
).
69.
P. A.
Cassak
,
D. J.
Mullan
, and
M. A.
Shay
,
Astrophys. J. Lett.
676
,
L69
(
2008
).
70.
P. A.
Cassak
and
M. A.
Shay
,
Space Sci. Rev.
172
,
283
(
2012
).
71.
M.
Gibons
and
D. S.
Spicer
,
Sol. Phys.
69
,
57
(
1981
).
72.
A. W.
Hood
,
Sol. Phys.
105
,
307
(
1986
).
73.
A. W.
Hood
,
Plasma Phys. Controlled Fusion
34
,
411
(
1992
).
74.
D. W.
Longcope
and
H. R.
Strauss
,
Astrophys. J.
426
,
742
(
1994
).
75.
G. L.
Delzanno
and
J. M.
Finn
,
Phys. Plasmas
15
,
032904
(
2008
).
76.
Y.-M.
Huang
and
E. G.
Zweibel
,
Phys. Plasmas
16
,
042102
(
2009
).
77.
E. G.
Evstatiev
,
G. L.
Delzanno
, and
J. M.
Finn
,
Phys. Plasmas
13
,
072902
(
2006
).
78.
Y.-M.
Huang
,
E. G.
Zweibel
, and
C. R.
Sovinec
,
Phys. Plasmas
13
,
092102
(
2006
).
79.
Y.-M.
Huang
,
A.
Bhattacharjee
, and
E. G.
Zweibel
,
Phys. Plasmas
17
,
055707
(
2010
).
80.
M.
Bárta
,
J.
Büchner
,
M.
Karlický
, and
J.
Skála
,
Astrophys. J.
737
,
24
(
2011
).
81.
C.
Shen
,
J.
Lin
, and
N. A.
Murphy
,
Astrophys. J.
737
,
14
(
2011
).
82.
Z.
Mei
,
C.
Shen
,
N.
Wu
,
J.
Lin
,
N. A.
Murphy
, and
I. I.
Roussev
,
Mon. Not. R. Astron. Soc.
425
,
2824
(
2012
).
You do not currently have access to this content.