星系团中弱激波对宇宙射线电子的加速

根据结构形成模拟，在合并的星系团中预期会形成典型马赫数 $M_{\rm s}\lesssim 3$ 的弱激波。对许多合并星系团的 X 射线和射电观测指示了此类激波的存在。特别是，被称为射电遗迹的弥散射电源，可以通过在准垂直激波处经扩散激波加速（费米 I 机制）加速的同步辐射电子来解释。在此，我们还考虑了激波下游压缩 MHD 湍流引起的随机加速（费米 II 机制）的可能作用。然后我们探讨了一个令人困惑的差异：对于某些射电遗迹，由射电谱指数推断出的激波马赫数远大于从 X 射线观测中估计的值。如果与射电遗迹相关的激波面由具有不同强度的多个激波组成，则这一问题就可以被理解。在这种情况下，X 射线观测倾向于探测到具有较低马赫数和较高动能通量的激波部分，而射电辐射则优先来自具有较高马赫数和较高宇宙射线（CR）产生率的激波部分。我们还表明，包含预存化石电子的费米 I 再加速模型，加上由激波后湍流引起的费米 II 加速，能够再现两个巨型射电遗迹的射电通量密度分布和积分射电谱。本研究表明，宇宙射线电子可以在星系团中的无碰撞激波处被加速，就像星际介质中的超新星遗迹激波和太阳风中的行星际激波一样。