非相对论激波处离子加速的模拟。I. 加速效率
高能天体物理现象
2015-06-17 v3
摘要
我们利用 2D 和 3D 混合（动力学离子 - 流体电子）模拟来研究非相对论天体物理激波处的粒子加速和磁场放大。我们表明，扩散激波加速适用于准平行构型（即背景磁场几乎与激波法线对齐），并且对于大的声速马赫数和阿尔芬马赫数，会产生正比于 p^(-4) 的普适幂律谱，其中 p 为粒子动量。被加速离子的最大能量随时间增加，仅受限于有限的盒子尺寸和运行时间。加速主要对平行和准平行强激波有效，其中 10-20% 的整体动能可转化为高能粒子，而对于准垂直激波则变得无效。此外，磁湍流的产生与有效的离子加速相关，并在准垂直构型中消失。在非常倾斜的激波处，离子可以通过激波漂移加速被加速，但其动量仅增加几倍，且最大能量不随时间增加。这些发现与例如在 SN 1006 遗迹中观测到的射电和 X 射线同步辐射的偏振度和形态一致。我们还讨论了离子谱中从热粒子到非热粒子的转变（超热区域），并确定了有效粒子加速的两个特有动力学特征，即上游前驱体的形成和标准激波跳跃条件的改变。
引用
@article{arxiv.1310.2943,
title = {Simulations of Ion Acceleration at Non-relativistic Shocks. I. Acceleration Efficiency},
author = {Damiano Caprioli and Anatoly Spitkovsky},
journal= {arXiv preprint arXiv:1310.2943},
year = {2015}
}
备注
21 pages, 14 figures, Minor changes reflecting the version accepted to ApJ