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球形滑行加速:银河系团冲击中电子加速的一致机制

高能天体物理现象 2026-02-16 v1 等离子体物理

摘要

射电遗迹在合并的星系团中广泛解释为来自大尺度冲击处加速的相对论电子的同步辐射。然而,预期在合并冲击所特有的低马赫数、弱湍流环境中扩散性冲击加速(DSA)的效率会降低,近期结果表明 DSA 本身可能并非可行的物理机制。本文我们探讨球形滑行加速(BSA)作为一种不依赖于规定扩散系数的电动力学依托的电子加速机制。我们在典型的星系团冲击条件下对 BSA 进行建模,推导出球形滑行加速与同步和反常散射冷却之间的平衡。这种平衡决定了最大电子能量以及 resulting steady-state 谱。通过对相关同步辐射进行前向建模,并将其与 Sausage 和 Toothbrush 遗迹的集成射电观测结果进行比较,我们发现当仅有极小比例(109108\sim 10^{-9} - 10^{-8})的可用 BSA 加速容量贡献于系统电子加速时,可以复制观察到的谱曲线和高频迟缓。尽管这种效率极低,但在星系团条件下仍足以将电子加速到 Lorentz 因子 γ104105\gamma \sim 10^4 - 10^5。这些结果表明,射电遗迹为探测一致加速提供了有前景的天体物理实验室,而且 BSA 框架可能能够解释星系团冲击中相对论电子的产生。

关键词

引用

@article{arxiv.2602.12647,
  title  = {Ballistic Surfing Acceleration as a Coherent Mechanism for Electron Acceleration in Galaxy Cluster Shocks},
  author = {Ji-Hoon Ha and Krzysztof Stasiewicz},
  journal= {arXiv preprint arXiv:2602.12647},
  year   = {2026}
}

备注

10 pages, 4 figures, submitted to Physical Review D