跨德拜尺度等离子体建模与随机伽马射线暴尾场等离子体过程

在天体物理背景下对等离子体物理过程进行建模，既需要详细的动力学描述，也需要电磁场密度的大尺度发展。我们提出了一种通过双分裂方案对热稀薄等离子体进行等离子体物理建模的新框架，其中大尺度场通过粒子网格（PIC）代码进行建模，而二元碰撞过程和单粒子过程则通过蒙特卡罗方法进行建模。我们新颖的模拟工具——PhotonPlasma代码——是一种独特的混合模型；它将高度并行化的（弗拉索夫）粒子网格方法与粒子的连续加权以及亚德拜蒙特卡罗二元粒子相互作用框架相结合。作为其能力的例证，我们展示了伽马射线暴-环暴介质相互作用以及通过康普顿散射进行等离子体预调节的数值研究结果。我们认为，重要的微观物理过程只能通过诸如PhotonPlasma代码之类的混合代码进行有效研究。我们使用这种新模拟工具进行的首次三维模拟结果表明，在瞬时伽马射线暴的尾场中会产生磁场和等离子体细丝。此外，光子通量密度梯度会影响暴头和尾场中的粒子加速。我们讨论了环暴介质为后续余震激波波前进行预调节的一些可能影响。我们还讨论了未来使用PhotonPlasma代码研究伽马射线暴尾场过程的重要改进。