弱磁化超相对论电子-离子激波中的磁场放大与粒子加速

我们通过长时间的二维粒子模拟研究了弱磁化等离子体中准平行超相对论激波的物理。激波前驱体的结构由Bell不稳定性与Weibel（丝化）不稳定性之间的竞争所塑造。Bell不稳定性在相对较高的磁化参数（$\sigma \gtrsim 10^{-3}$）下占主导，而Weibel不稳定性在较低的磁化参数（$\sigma \lesssim 10^{-4}$）下占优。由Bell模式塑造前驱体的激波能高效地加速离子，将上游流能的 $\varepsilon_{\mathrm{i}}\sim0.2$ 转化为下游非热离子能量。非热离子的最大能量随时间呈Bohm标度，即 $E_{\max}\propto t$。在Bell机制中，上游流能仅有极小部分 $\varepsilon_{\mathrm{e}}\ll0.1$ 转化为下游非热电子。另一方面，当前驱体由Weibel模式主导时，激波能高效地同时产生非热离子和电子，$\varepsilon_{\mathrm{i}}\sim\varepsilon_{\mathrm{e}}\sim0.1$，但最大能量的标度较慢，$E_{\mathrm{max}}\propto t^{1/2}$。我们的结果适用于广泛的超相对论激波，包括河外喷流的终止激波、伽马射线暴余辉的晚期阶段以及快速蓝光学暂现源中的激波。