弱准垂直星系团内激波中的电子预加速:预存非热电子的效应

星系团外缘的射电遗迹暗示了在并合驱动、马赫数 $M_{s}\lesssim3-4$ 的星系团介质(ICM)激波处电子的扩散激波加速(DSA)。近期研究表明,由于 Alfvén 离子回旋(AIC)不稳定性、电子火鞭不稳定性(EFI)和哨声不稳定性(WI)等微观不稳定性产生多尺度波,电子预加速与注入(即 DSA 的先决步骤)可在 ICM 中 $M_{s}\gtrsim2.3$ 的超临界激波处发生。另一方面,一些遗迹被观测到具有 $M_{s}\lesssim2.3$ 的亚临界激波,使得此类弱激波处的 DSA 成为一个悬而未决的问题。重新加速预存的非热电子被视为该谜题的可能解决方案之一。为探究此思路,我们对高-$\beta$($\beta=P_{\rm gas}/P_{B}$)等离子体中的弱准垂直激波进行粒子在胞(PIC)模拟,其中除麦克斯韦热电子外还含有幂律超热电子。我们发现超热电子通过 EFI 和 WI 增强了电子尺度波的激发。然而,它们不影响离子反射及随后通过 AIC 不稳定性产生的离子尺度波。离子尺度波的存在是电子预加速至注入动量的关键,因此电子注入 DSA 的激波临界条件得以保持。基于上述结果,我们得出结论:仅激波前区域的预存非热电子无法解决亚临界 ICM 激波处电子预加速的问题。