非热辐射过程中随机湍流加速的数值模拟与物理耦合
高能天体物理现象
2021-11-17 v1 等离子体物理
摘要
粒子加速是天体物理与空间等离子体中的普遍现象。扩散激波加速（DSA）与随机湍流加速已知是产生极高能粒子的可能机制，尤其在弱磁化区域。天体源中通常观测到不同加速过程与各种辐射损失的耦合。DSA是在激波附近使粒子获能的系统性加速过程，而随机湍流加速（STA）是随机获能过程，其中宇宙线粒子与电磁涨落的相互作用导致粒子加速。该过程通常被解释为能量空间中的偏置随机游走，通过Fokker-Planck方程建模。本工作中，我们描述了一种新颖的欧拉算法，用于纳入DSA与同步辐射、逆康普顿发射等辐射过程并存下的湍流加速。所开发框架将混合欧拉-拉格朗日模块扩展至成熟的相对论磁流体力学（RMHD）代码PLUTO中。通过验证测试与案例研究，我们展示了两种加速过程的竞争与互补性质。采用该扩展混合框架的RMHD喷流轴对称模拟清晰表明，激波所致发射局域化，而湍流加速所致发射源于回流区且更弥散，尤其在高能X射线波段。
引用
@article{arxiv.2108.03242,
title = {Numerical modeling and physical interplay of stochastic turbulent acceleration for non-thermal emission processes},
author = {Sayan Kundu and Bhargav Vaidya and Andrea Mignone},
journal= {arXiv preprint arXiv:2108.03242},
year = {2021}
}
备注
16 Pages, 15 Figures, Accepted for publication in The Astrophysical Journal