相对论性无碰撞激波中的辐射冷却：模拟和实验能否探测相关的伽马射线暴物理？

我们探讨了数值粒子网格(PIC)模拟和实验室激光等离子体实验是否能够（或在不久的将来能够）模拟真实的伽马射线暴(GRB)激波。为此，我们比较了激波磁场中相对论性电子的辐射冷却时间t_cool与无碰撞相对论性激波的微观动力学时间——质子等离子体频率的倒数omega_pp^{-1}。我们得到，当t_cool*omega_pp^{-1}小于约几百时，电子在激波跃变处或附近有效冷却，并能辐射掉激波能量的很大一部分。此类激波在现有的PIC模拟中得到了很好的分辨；因此，可以详细研究其微观结构。由于此类激波中的大部分辐射将来自激波附近，因此可以从有限长度的模拟中直接获得发射辐射的谱功率，并与观测数据进行比较。这种辐射激波对应于传统抛射参数范围内的内部重子主导的GRB激波。此类激波中电子的费米加速受到电子冷却的限制，因此发射的谱应缺少非热尾，而其峰值可能落在多MeV范围内。巧合的是，内部激波中的条件与激光产生等离子体中的条件几乎相同；因此，可以利用目前可用的拍瓦级激光设施在实验室实验中产生和研究此类类GRB等离子体。对外部激波的分析表明，只有对应于极早期余辉阶段的高度相对论性激波才能在激波跃变中实现有效的电子冷却。我们强调了辐射PIC模拟对于进一步研究的重要性。