低马赫数垂直激波中的电子加热 II. 对激波前条件的依赖性

近期对星系团并合激波的 X 射线观测表明，激波后等离子体是双温度的，质子比电子更热。在这项系列工作的第二篇中，我们通过二维粒子网格模拟研究了垂直低马赫数激波中电子不可逆加热的效率。我们考虑等离子体 beta（热压与磁压之比）在 $4\lesssim \beta_{p0}\lesssim 32$ 范围、声马赫数（激波速度与激波前声速之比）在 $2\lesssim M_{s}\lesssim 5$ 范围，这与星系团激波相适。如论文 I 所示，磁场放大——由激波前磁场的激波压缩引起，或由伴随质子温度各向异性弛豫的强质子回旋与镜像模引起——可将电子温度各向异性驱动至超过电子哨声波不稳定性的阈值。哨声波的增长破坏了电子绝热不变量，并允许有效的熵产生。我们发现激波后电子温度 $T_{e2}$ 超出绝热预期 $T_{e2,\rm ad}$ 的量为 $(T_{e2}-T_{e2,\rm ad})/T_{e0}\simeq 0.044 \,M_s (M_s-1)$（此处 $T_{e0}$ 为激波前温度），这在我们所探索的 $4\lesssim \beta_{p0}\lesssim 32$ 范围以及对质子-电子质量比仅弱依赖（系数 $\simeq 0.044$ 是在我们标准的 $m_i/m_e=49$ 下测得，我们估计对于真实质量比它将降至 $\simeq 0.03$）。我们的结果对当前和未来的星系团激波在射电波段（同步辐射与 Sunyaev-Zel'dovich 效应）及 X 射线频率的观测具有重要意义。