星际冲击波中粒子加速的数值研究：扩散与超扩散情景
太阳与恒星天体物理
2026-04-17 v1 高能天体物理现象
摘要
能量粒子在空间和天体等离子体中无处不在，星际冲击波被广泛认为是日球天体系中主要的粒子加速器之一。事实上，现场测量通常显示能量粒子通量在冲击波处达到峰值，表明存在局部加速过程。此外，能量粒子通量的时间轮廓深受冲击波上下游粒子输运性质的影响。通过发展前面的数值 test-particle 模型来模拟无限平面冲击波周围单能粒子的输运，本文加入了通过每次冲击波穿越获得能量的机制，以一级费米类型机制实现粒子加速。此外，通过积分无限平面冲击波上下游的 Langevin 型方程，复现了 70 keV 粒子群，即所谓的种子 population。粒子可以通过模拟盒子中的随机 "kick" 进行扩散，这些 kick 属于高斯分布 (正常扩散) 或 Levy 分布 (超扩散)。我们通过改变模型参数进行多个仿真。扩散和超扩散仿真中的粒子能谱与理论预测高度一致。所得能量粒子密度与 2006 年 12 月 14 日由 ACE 航天器观测到的星际冲击波穿越数据进行比较。我们表明，不同能量区间的粒子通量在超扩散情况下能很好地复现观测到的 upstream 和 downstream 值，同时异常的超扩散输运加速了加速过程，导致粒子能量值与观测值一致。
引用
@article{arxiv.2604.14819,
title = {Numerical investigation of particle acceleration at interplanetary shocks: diffusive and superdiffusive scenarios},
author = {Giuseppe Prete and Gaetano Zimbardo and Silvia Perri},
journal= {arXiv preprint arXiv:2604.14819},
year = {2026}
}
备注
The Article has been accepted in A&A