相对论性激波中的电子与离子加速及其在 GRB 余辉中的应用

我们模拟了相对论性激波对质子、电子和氦核的同时一阶费米激波加速。通过参数化粒子扩散，我们的稳态蒙特卡洛模拟允许我们追踪粒子从非热热能处的粒子注入到 PeV 以上的能量，包括宇宙线(CR)反压引起的激波结构的非线性平滑。我们观察到被认为发生在高效费米加速中的非相对论性激波中的质量-电荷(A/Z)增强效应，并对粒子模拟(PIC)中观测到的离子能量向电子的转移进行了参数化。对于一组给定的环境和模型参数，蒙特卡洛模拟以很大程度上自洽的方式决定了粒子分布的绝对归一化和由此产生的同步辐射、逆康普顿和 π 介子衰变发射。该模拟灵活，可直接用于典型伽马射线暴(GRB)余辉的广泛参数范围。我们描述了不同洛伦兹因子激波的光子发射的一些初步结果，并概述了蒙特卡洛模拟如何被推广并与 GRB 爆炸波的流体动力学模拟耦合。为简便起见我们假设 Bohm 扩散，但强调我们所描述的非线性效应主要来自激波前兆区域，在该区域中更高能量的粒子扩散得更远。与不同的扩散模型相比，定量差异会出现，特别是对于最大 CR 能量和光子发射，但只要散射平均自由程是动量的增函数，这些非线性效应在定性上应当是相似的。