非相对论激波中哨声波对电子的注入
高能天体物理现象
2015-05-20 v2
摘要
年轻超新星遗迹(SNRs)中激波的射电和X射线观测揭示了电子被加速至非热、极端相对论能量(~ 10-100 TeV)的现象。通常用扩散激波加速(DSA)机制来解释这种加速，但电子如何从热能量初始获得能量或“注入”到这一加速过程，仍是一个未解决的问题。本文利用二维和三维粒子网格(PIC)等离子体模拟，从第一性原理出发研究了非相对论激波中电子的初始加速。我们系统地探索了激波参数空间(阿尔文马赫数 M_A、激波速度 v_sh、上游磁场与激波法线夹角 theta_Bn、以及离子与电子质量比 m_i/m_e)。我们发现，由于准垂直激波脚部斜哨声波的增长，发生了显著的非热加速。获得的电子能谱呈现幂律尾，谱指数可达 alpha ~ 3-4。加速粒子的最大能量与电子拉莫尔半径和离子拉莫尔半径相当，表明其可能注入后续的DSA过程。然而，这种注入机制要求激波具有相当低的阿尔文马赫数，M_A <~ 20，这与激波脚部哨声波增长的理论条件(M_A <~ (m_i/m_e)^{1/2})一致。因此，如果哨声波机制是SNR激波中唯一有效的电子注入过程，那么显示非热辐射的SNRs必须具有显著放大的上游磁场。这种磁场放大很可能由逃逸的宇宙射线实现，因此SNR激波中的电子和质子加速必然是相互关联的。
引用
@article{arxiv.1009.3319,
title = {Electron Injection by Whistler Waves in Non-relativistic Shocks},
author = {Mario A. Riquelme and Anatoly Spitkovsky},
journal= {arXiv preprint arXiv:1009.3319},
year = {2015}
}
备注
15 pages, 15 figures, Re-submission of version accepted to ApJ