非相对论性天体物理激波中的离子加速

我们利用多维混合模拟探索非相对论性无碰撞激波中的激波演化和粒子加速物理。我们分析了与天体物理非相对论性激波场景（如超新星遗迹激波）中宇宙线加速相关的一系列广泛物理参数。我们研究了激波结构和粒子加速效率随阿尔文马赫数及磁场倾角$\theta$的演化。我们表明，高马赫数和低马赫数激波在激波前区和下游产生的电磁湍流方面存在根本差异；在低马赫数区域，主导模式与流注宇宙线共振，而在高马赫数下，共振和非共振模式同时存在。下游等离子体中离子的高能幂律尾可占上游流入流能量的15%，分布在约5%的粒子中，能量谱指数为$-2\pm0.2$。宇宙线的能量转换效率在$\theta=15^\circ$至$30^\circ$和$M_A=6$时达到峰值，并随马赫数增加而下降，在$M_A=31$时降至约2%。加速粒子由扩散激波加速和激波漂移加速机制产生，其中激波漂移加速对总能量增益的贡献随磁倾角增加而增加。我们还给出了早期时刻混合模拟与全动理学粒子网格模拟结果的直接比较；两种模型的一致性证明了使用混合模拟研究长期激波演化的合理性。在超新星遗迹激波中，对于低马赫数准平行流（$M_A < 30$，$\theta< 45$），粒子加速将很显著。这一发现强调了在超新星遗迹激波中需要有效的磁场放大机制。