宇宙射线扩散激波加速——准热与非热粒子分布

关于银河系宇宙射线（CRs）起源的一个著名范式是：这些高能粒子在无碰撞激波处的扩散激波加速（DSA）过程中被加速（至少达到所谓“膝”能量 10^{15} eV）。了解电子、质子及更重原子核注入 DSA 的细节、其初始及所得能谱，在许多宇宙射线天体物理的“实际”应用中极为重要，例如在对天体源伽马或同步辐射射电发射的建模中。本文中我们将概述 DSA 理论以及支持基本理论概念的观测与动理论粒子在胞（PIC）模拟结果。准平行无碰撞激波的 PIC 模拟表明，激波处热与超热质子分布函数可用单一准热分布——即κ-分布表示，该分布常见于非平衡空间等离子体。在更下游处，指数 κ 增大，低能谱趋于麦克斯韦分布。另一方面，更高能粒子继续经历加速过程，非热粒子谱呈现线性 DSA 理论所预测的特征幂律形式。最后，我将展示当考虑 CR 对激波的反馈时，非线性 DSA 中预期的谱修正。