宇宙大尺度宇冲击中的宇宙射线加速

大尺度结构宇宙流体动力学模拟表明，吸积冲击和合并冲击由于与非线性结构引力坍缩相关的流动运动而形成。这些冲击的估计速度和曲率半径可达数千公里/秒和数兀米。根据扩散冲击加速理论，宇宙射线粒子可被注入并被加速至极高能量。在探索宇宙冲击中的宇宙射线加速问题时，我们使用新开发的CRASH（Cosmic Ray Amr SHock）数值代码进行了非线性数值模拟。我们采用Bohm扩散模型，基于强Alfvén波由流动的宇宙射线自激生产生的假设。冲击形成模拟包括基于等离子体物理的“注入”模型，将少量热质子通量通过冲击转化为低能宇宙射线，以便在冲击中加速。我们发现，对于强吸积冲击，宇宙射线可吸收大部分冲击动能，吸积冲击速度相对于纯气体动力学冲击降低最高可达20%。然而对于小马赫数数的合并冲击，能量转化为宇宙射线仅为10-20%，且伴随宇宙射线粒子分数为$10^{-3}$。尽管CR压力引起的非线性反馈在后者冲击中微乎其微。虽然详细结果取决于粒子扩散和注入的模型，但这些计算表明，大尺度结构中的宇冲击可能为最高能外星宇宙射线的加速场所。