非相对论性高马赫数垂直激波中的电子预加速

我们进行了垂直非相对论性无碰撞激波的粒子模拟（particle-in-cell simulations），以研究在可外推至年轻超新星遗迹条件的参数下的电子加热和预加速。我们的高分辨率大尺度数值实验对激波面的代表性部分进行了采样，并证明电子注入效率随激波重构的相位而强烈调制。对于低温和中等温度等离子体（等离子体贝塔 βₚ=5·10⁻⁴ 和 βₚ=0.5），我们探索了在保持大尺度磁场与激波法线成 90° 的情况下，其相对于模拟平面的不同取向时的非线性激波结构和电子预加速。离子在激波处的反射导致在激波坡中形成由 Weibel 型不稳定性引起的磁丝状结构，以及在激波脚中形成静电 Buneman 模。在所有研究情形中，后者通过激波冲浪加速（SSA）机制提供了第一阶段的电子赋能。随后的赋能强烈依赖于磁场取向，并分别通过绝热或二阶费米加速过程进行，对应于具有面外和面内磁场分量的构型。对于严格面外的磁场，超热电子所占比例远高于其他构型，因为只有在这种情况下，Buneman 模才能被二维模拟网格完全捕获。中等 βₚ 等离子体中的激波提供了更有效的预加速。我们讨论了这些结果与完全三维系统物理的相关性。