有效粒子加速激波中的宇宙线电流驱动湍流：斜向长波模不稳定性

为了使扩散激波加速（DSA）能够将粒子加速到高能量，高能粒子必须能够在广泛的波长范围内与磁湍流相互作用。加速粒子的弱各向异性分布，即宇宙线（CRs），被认为能够以共生关系产生这种湍流，其中加速CR所需的磁湍流由加速的CR本身产生。在有效的DSA中，这种波粒相互作用可能是强非线性的，此时CR会修改等离子体流以及磁场放大的具体机制。长期以来，人们已知共振相互作用会在CR回旋半径尺度上放大磁涨落，而Bell（2004）表明CR电流可以有效放大尺度小于CR回旋半径的磁涨落。在这里，我们通过多尺度准线性分析表明，存在尺度短于CR回旋半径的湍流会增强尺度长于回旋半径的模的增长，至少对于特定的极化而言是如此。我们使用平均场方法，通过对磁化CR电流在背景等离子体上的各向异性相对论性粒子进行系综平均，来平均运动方程和感应方程。我们推导了磁化CR电流对磁场涨落的响应，并表明在存在短尺度贝尔型湍流的情况下，长波模会被放大。我们计算了斜向传播模在波长低于和高于CR平均自由程两种情况下的极化、螺旋度和角依赖增长率。我们针对典型超新星遗迹参数估算的长波增长率足够快，表明给定激波所能产生的最大CR能量有根本性的增加。