Particle acceleration timescales in relativistic shear flows
我们回顾了高能粒子在相对论性天体物理喷流中的加速，其特征在于显著的速度切变。幂律动量谱的可能形成进行了讨论，并确定了典型的加速时间尺度的各种不同的条件下，如平行和方位角剪切流。特别照顾到平行剪切流的分析，无论是线性下降或高斯型速度剖面。结果表明，在存在的一个渐进的剪切流和粒子的平均自由程缩放的回旋半径，同步辐射的损失可能不再能够停止加速，一旦它已经开始有效地工作。最后，在小规模和大规模的相对论射流的剪切加速度的相关性。
2005-06-29 astro-ph
Electron Shock Surfing Acceleration in Multidimensions: Two-dimensional Particle-In-Cell Simulation of Collisionless Perpendicular Shock
采用自洽二维粒子模拟方法研究了弱磁化介质中高马赫数无碰撞激波传播时电子的加速机制。模拟结果表明，强静电波激发通过电子-离子静电双流不稳定性在激波过渡区的前缘在早期的一维模拟的情况下。我们观察到强烈的电子加速，这是与动荡的静电波在冲击过渡区。激波过渡区的电子能谱具有明显的幂律分布，谱指数为$2.0 {\rm -} 2.5$。通过对加速电子运动轨迹的分析，我们发现这种加速机制与离子的冲击冲浪加速非常相似。然而，与离子冲击冲浪相反，高能电子在冲击过渡区被电子尺度的静电波动反射，而不是被离子尺度的交叉冲击静电势反射。反射的电子然后被冲击波前面的对流电场加速。我们的结论是，多维效应以及自洽的冲击结构是必要的强电子加速在高马赫数冲击。
2008-09-02 astro-ph
Cosmic Ray Acceleration at Relativistic Shocks
本文综述了相对论激波下一级费米过程中宇宙线粒子加速的理论研究。在开始部分，我们讨论了作用在温和相对论冲击波上的加速过程。讨论了斜场位形和场扰动在形成粒子能谱和改变加速时间尺度中的重要作用。然后，我们报告试图考虑粒子加速在超相对论冲击，往往会产生一个渐近谱指数σ = 2.2在大冲击洛伦兹因子。我们解释了为什么这一结果是有限的情况下，高度动荡的条件附近的冲击。我们的结论是，我们目前的知识，在相对论冲击作用的加速过程是不够的，让现实的模拟真正的冲击。本综述是Ostrowski（1999）的修改、扩展和更新版本。
2003-10-29 astro-ph
Acceleration time scale at ultrarelativistic shock waves
用蒙特卡罗方法研究了宇宙线在超相对论激波中的一阶加速。我们采用离散粒子动量散射的方法作为粒子俯仰角扩散的模型，以再现在冲击波高度各向异性的条件。冲击与洛伦兹因子$γ$高达320和变化的磁场倾角$ψ$考虑。计算了能谱指数稳定到极限2.2的点上游扩散系数的值。得到的加速时间不依赖于冲击条件。
1998-08-26 astro-ph
Particle acceleration in rotating and shearing jets from AGN
我们模拟了高能粒子在旋转天体物理喷流中由于剪切和离心效应而产生的加速度。导出了描述高能粒子在无碰撞旋转背景流中扩散输运的方程，并讨论了稳态解的解析表达式。特别是，通过考虑从刚性的速度分布，在平坦的开普勒旋转，离心和剪切加速度的影响分散的磁性不均匀性的颗粒被区分。当平均散射时间$τ_c \propto p^α$是动量的增函数时，在剪切加速度占主导地位的情况下，证实了幂律粒子动量解$f(p) \propto p^{-(3+α)}$的存在.我们发现，对于一个更复杂的相互作用之间的剪切和离心加速度，恢复的幂律动量谱可能会显着陡峭，但平坦的方位角速度的增加，由于增加离心效应。剪切和离心加速度的可能相关性，所观察到的扩展发射活动星系核的情况下，在类星体3C273喷流证明。
2002-10-14 astro-ph
Energetic particle acceleration in shear layers
等离子体速度剪切层和/或切向流不连续性提供允许高能粒子加速的条件。我们审查这样的加速过程中的非相对论性和相对论性的流动。在日光层条件下，剪切层可以提供能量与观测值相符的粒子（从几keV到MeV），而在相对论性河外喷流中，甚至可以获得超过10^{19} eV的质子能量。由于对当地的物理条件了解不足，所讨论的理论在特定天体物理学物体上的应用受到严重限制。
1999-11-05 astro-ph
Particle Acceleration at shocks: some modern aspects of an old problem
带电粒子在天体物理学无碰撞冲击波中的加速是研究得最好的过程之一，用于将粒子加速到超相对论能量，这是在各种天体物理学情况下进行多频观测所需要的。在本文中，我们讨论的一些工作，旨在描述的一个主要进展，在理论的冲击加速，即引入的非线性反作用的加速粒子到冲击流体。超高能宇宙射线起源的调查的影响将被讨论。
2004-11-02 astro-ph
Particle Acceleration at Relativistic Shocks
本文综述了相对论冲击波下费米加速理论的研究现状。首先讨论了相对论激波跳跃条件，然后描述了非相对论费米机制和相对论流引入的差异。我提出的加速粒子谱的数值计算，并检查这个过程中可达到的最大能量。我简要地考虑费米加速的最小能量，和一个可能的电子预加速机制。
2002-01-15 astro-ph
Effects of mirror reflection versus diffusion anisotropy on particle acceleration in oblique shocks
由于激波表面的镜面反射和激波法线方向上较慢的扩散，宇宙线粒子在磁场相对于激波法线方向倾斜的斜激波中比在平行激波中加速得更快。我们定量研究这些影响如何有助于减少加速时间在整个范围内的磁场倾角。结果表明，对于准垂直倾角，镜像效应在减少加速时间方面起着显着的作用;而在相对较小的倾角下，各向异性扩散效应在减少加速时间方面占主导地位。这些结果对于详细了解空间斜激波和日球等离子体中粒子加速的机制是很重要的。
2005-10-09 astro-ph
Particle acceleration by multiple parallel shocks
我们提出了数值和半解析结果测试粒子加速在多个平行冲击。我们应用动力学蒙特卡罗代码和本征函数展开方法计算的分布函数的电子种群加速在随后的平行冲击的速度范围从非完全相对论。我们研究的冲击粒子各向异性的水平，并讨论活动星系核和微类星体喷流的影响。
2007-12-11 astro-ph
Shear acceleration in relativistic astrophysical jets
本文研究了在含有散射中心的相对论背景流中高能粒子的速度切变加速问题。确定了三种可能的天体物理喷流加速位置：（1）平行于喷流轴的渐进速度剪切，如径向坐标向外线性减小的速度剖面，（2）垂直于喷流轴的渐进速度剪切，如内禀喷流旋转，和（3）在喷流侧边界处的非渐进/不连续的纵向速度剪切。我们确定的特征加速时间尺度，指定有效加速的条件，并讨论观测功能相对于每个过程。特别是，它表明，在（2）的情况下，较高的能量发射预计集中在更接近喷流轴，而在（1）和（3）的情况下，较高的能量粒子可能位于喷流的边缘附近，从而可能导致某种形式的边缘增亮。
2005-01-10 astro-ph
Particle acceleration in thick parallel shocks with high compression ratio
我们报告的研究一阶费米加速平行修改冲击波与一个大的散射中心压缩比预期的湍流传输模型。使用Monte Carlo技术，我们模拟了冲击波中的粒子加速，速度范围从非相对论到超相对论，厚度从几乎阶梯状延伸到非常宽的结构，超过粒子扩散长度的数量级。非相对论扩散近似被发现是令人惊讶的准确预测的频谱指数的厚激波与大压缩比，即使在涉及相对论激波速度的情况下。
2005-06-06 astro-ph
Cosmic Ray Acceleration at Relativistic Shock Waves
评述了宇宙线粒子在相对论激波中的一阶费米加速理论。我们考虑具有平行和倾斜，亚光速和超光速磁场配置和有限振幅磁场扰动的冲击。本文讨论了斜场位形和场扰动在形成宇宙线能谱和改变加速时标中的作用。
1996-10-23 astro-ph
Relativistic Fermi acceleration with shock compressed turbulence
本文利用由激波跳跃条件得到的实际下游磁结构，对实验粒子在相对论激波洛伦兹因子Gamma_sh = 2-60条件下的费米加速进行了数值模拟。上游磁场被描述为纯Kolmogorov湍流;相应的下游磁场主要位于与激波表面相切的平面内，并且沿激波法线的相干长度小于切向平面内的相干长度。然而，加速是有效的，在大激波洛伦兹因子Gamma_sh >> 1时，会导致指数s = 2.6-2.7的幂律谱，明显比下游各向同性散射更陡。上游静止系中的加速时标tacc在超相对论极限中变为拉莫尔时间t L的分数，tacc ~ 10 t L/Gamma sh。天体物理学的应用进行了讨论，特别是加速伽马射线暴内部和外部冲击。
2005-10-18 astro-ph
Electron Injection at High Mach Number Quasi-Perpendicular Shocks : Surfing and Drift Acceleration
采用一维电磁粒子模拟方法研究了高马赫数无碰撞准垂直激波中电子的注入过程。我们发现高能电子是通过以下两个步骤产生的：（1）在冲击过渡区的前沿，电子通过冲击冲浪加速而几乎垂直于局部磁场加速。(2)通过冲击漂移加速进一步加速预加速的电子。结果，高能电子优先被反射回上游。冲击冲浪加速度提供足够的能量所需的反射。因此，它不仅对加速过程本身很重要，而且对触发二次加速过程也很重要。根据模拟结果，我们还提出了两步加速机制的理论模型，该模型可以预测后续扩散冲击加速过程的喷射效率。我们表明，本模型得到的注入效率与钱德拉X射线观测SN 1006得到的值吻合得很好。在典型的超新星遗迹激波中，由本机制注入的高能电子可以自发产生上游阿尔芬波，这些波会散射高能电子本身。
2007-02-19 astro-ph
Intrinsic energy cut-off in diffusive shock acceleration: possible reason for non-detection of TeV-protons in SNRs
冲击波加速的线性理论预测最大粒子能量仅受加速时间和冲击波大小的限制。我们研究的加速度非线性（冲击修改加速粒子，必须存在于强烈的天体物理冲击）和传播的阿尔芬波，负责粒子约束的冲击波阵面的综合效果。我们发现，在非线性修正流中，波折射到更大的波数会导致动量范围p_max/R <p <p_max内粒子损失的增加，其中R> 1是流的非线性预压缩，p_max是常规的最大动量，如果没有折射，可以达到。
2001-07-14 astro-ph
Numerical Simulations of Relativistic Shock Acceleration
本文综述了温和相对论冲击波中宇宙线加速理论的现状。由于涉及大量的粒子各向异性，分析方法只能处理激波附近弱湍流条件的简单情况。用数值蒙特卡罗方法研究了更一般情况下的加速过程。与非相对论激波相反，相对论激波的宇宙线谱主要依赖于磁场位形和湍流谱。根据这些条件，可以创建非常平坦和非常陡峭的谱，其中特征加速时间尺度随着湍流幅度非单调地变化。因此，所讨论的理论不能唯一地解释所观察到的相对论激波的同步辐射谱。我们还提到了一个有趣的可能性，粒子加速在不可压缩流的不连续性（剪切层）在相对论射流的边界。
2001-04-06 astro-ph
Thermal Particle Injection in Nonlinear Diffusive Shock Acceleration
无碰撞天体物理冲击中的粒子加速，扩散冲击加速（DSA）是产生至少低于10^{15} eV的宇宙射线的最可能机制。尽管这一理论取得了成功，但包括热粒子注入在内的几个关键因素仍然知之甚少。通过比较DSA半解析模型和Monte Carlo模型，研究了强非线性激波中的注入。这两个模型处理注射完全不同，我们显示，对于一组特定的参数，这些差异如何影响整体加速效率和宽带分布函数的形状。
2005-07-05 astro-ph
Acceleration of Cosmic Rays at Cosmic Shocks
非热粒子可以产生由于不完全热化在无碰撞冲击和进一步加速到非常高的能量通过扩散冲击加速。在以前的研究中，我们探讨了宇宙射线（CR）加速宇宙冲击通过CR修改，准平行冲击在一维平面平行几何的物理参数相关的冲击出现在宇宙的大尺度结构形成的数值模拟（康和琼斯2002年）。为了考虑CR加速度冲击更广泛的物理性质，在这方面的贡献，我们提出了额外的模拟。对于给定的马赫数，速度越高的激波加速CR越快，颗粒数越多。然而，当用扩散长度和时间尺度表示结果时，具有相同马赫数但具有不同激波速度的两个激波在性质上是相似的。因此，激波动能转化为压缩比的时间渐近值主要由激波马赫数而不是激波速度控制。我们提出了"CR能量比"的冲击参数范围广，并为$ε=0.2-0.3$在终端时间，我们的模拟。我们建议，这些值可以被认为是CR加速效率的时间渐近值，因为CR修改冲击的时间依赖性演化在终端时间之前已经变得近似自相似。
2003-03-18 astro-ph
Particle Acceleration at Multiple Internal Relativistic Shocks
相对论激波为许多天体物理源的高能粒子加速提供了一种有效的方法。多重激波系统甚至更为有效和重要，例如在伽马射线暴的内部激波模型中。我们研究了预先存在的高能粒子在这种相对论性的内部冲击的一阶费米过程的俯仰角散射的再加速。我们使用一个完善的本征函数方法来计算无限薄冲击的频谱。伽玛暴和相对论射流的影响进行了讨论。
2007-04-03 astro-ph
Non linear particle acceleration at non-relativistic shock waves in the presence of self-generated turbulence
如果磁散射是由相同的粒子自发产生的，那么在天体物理冲击中粒子加速可能非常有效。由于加速粒子对激波的动力学反应，这个非线性过程增加了激波的非线性修正。基于任意扩散系数粒子加速问题的一般解（Amato & Blasi，2005），我们在这里提出了粒子加速度的第一个半解析计算，同时考虑了两种影响：带电粒子在它们由于流动不稳定性而产生的阿尔芬波的背景中被加速，并改变激波附近等离子体的动力学。
2006-06-23 astro-ph
A Novel Approach to Non linear Shock Acceleration
在天体物理冲击中的一阶费米加速经常被援引为非热粒子产生的机制。这种机制在加速粒子的行为类似于测试粒子的近似中特别简单，不影响冲击流体。当被加速的粒子对流体产生反作用时，计算就变得复杂了，在这种情况下，我们就可能进入激波加速的非线性状态。在本文中，我们总结了一个半解析方法的冲击加速的非线性研究的主要特点，并比较了一些结果与以前的尝试和数值模拟的输出。
2001-11-28 astro-ph
Diffusive Shock Acceleration with Magnetic Amplification by Non-resonant Streaming Instability in SNRs
我们研究了Bell（2004）提出的非共振流动不稳定性条件下的扩散激波加速。通过对磁场放大的MHD数值模拟，结合对宇宙线加速的解析处理，我们可以计算出被高速超新星激波加速的粒子的最大能量。给出了Cas A、Kepler、SN 1006和Tycho历史超新星遗迹的估计。我们还发现，放大的磁场的取向优先垂直于冲击波前下游的快速冲击。这解释了在年轻超新星遗迹中观测到的径向磁场的起源。
2008-01-29 astro-ph
Cosmic ray diffusive acceleration at shock waves with finite upstream and downstream escape boundaries
在本文中，我们讨论的修改引入到一阶费米激波加速过程中，由于有限的范围内的扩散区域附近的冲击或由于边界条件，导致增加粒子逃逸上游和/或下游的冲击。在所考虑的平面激波的简单例子中，我们通过在离激波一定距离处施加粒子逃逸边界来理想化逃逸现象。这样的边界（或边界）的存在导致耦合的加速粒子谱的陡峭化和加速时间尺度的减小。它允许一个半定量的评价，并在某些特定的情况下，也为建模所观察到的陡峭的粒子光谱作为一阶费米冲击加速的结果。我们还注意到，接近能量上限的粒子比基于各自加速时间尺度的估计更年轻。在附录A中，我们给出了激波附近无限扩散区的一个新的时间相关解，该解考虑了激波上游和下游不同的常扩散系数。
1996-04-18 astro-ph
Cosmic ray acceleration at parallel relativistic shocks in the presence of finite-amplitude magnetic field perturbations
用蒙特卡罗模拟研究了平行激波作用下的一阶费米加速过程。一个“现实的”模型的磁场湍流涉及正弦波施加在背景上的平均场平行的冲击法向。有限振幅的磁场扰动导致局部斜场配置在冲击和各自的磁场压缩。它的结果在修改的粒子加速过程中引入一些功能观察到的斜激波，例如粒子反射的冲击。对于平行的轻度相对论冲击，我们首次证明了加速粒子谱指数随湍流振幅的（非单调）变化。
2003-07-11 astro-ph
Cosmic ray acceleration at supergalactic accretion shocks: a new upper energy limit due to a finite shock extension
超星系尺度结构的吸积流伴随着大的空间尺度激波。这些冲击被假定为超高能宇宙射线的可能来源。最高的粒子能量预计垂直激波配置在所谓的“Jokipii扩散极限”，涉及弱湍流条件下的大规模磁场嵌入吸积等离子体。对于这样的配置，我们讨论的过程限制的最高能量，粒子可以获得在一阶费米加速过程中，由于有限的冲击扩展到两侧，沿和跨越平均磁场。沿着激波结构的宇宙线外流可以大大降低（质子低于~10^18 eV）超星系激波条件下的粒子能量上限。
2002-03-07 astro-ph
Evidence for Nonlinear Diffusive Shock Acceleration of Cosmic Rays in the 2006 Outburst of RS Ophiuchi
2006年RS Oph爆发的红外（IR）和X射线波长的光谱观测表明，冲击波减速的速度比标准测试粒子绝热冲击波模型预测的要高。观察到的爆炸波的演变可以解释，但是，由扩散冲击加速的粒子在向前冲击和随后逃逸的最高能量的离子从加速区域。非线性粒子加速也可以解释由红外和X射线数据推导出的激波速度的差异。我们讨论了在爆炸波的有效粒子加速光的新星遗迹的演变。
2008-01-11 astro-ph
Cosmic ray acceleration at modified shocks
加速的宇宙射线在激波前沿的非线性反反应导致形成一个光滑的前体，其长度尺度对应于高能粒子的扩散尺度。过去的研究认为，在特定激波宽度的前体区域中可以产生小激波，它可以激励少量的热粒子获得足够的加速，而且这个前体区域可以作为限制高能宇宙射线的大角度散射体。另一方面，它已被证明，平滑的冲击波阵面可能会降低加速效率。这些争论促使我们用蒙特卡罗模拟数值研究斜激波中粒子加速效率。结果表明，平坦的频谱相比，假定尖锐的不连续性激波阵面的频谱。研究结果与理论预测一致，因为前体内部的散射限制了高能粒子进一步散射，从而产生更高的能量，使整个加速过程更有效。
2007-08-10 astro-ph
Evidence for nonlinear diffusive shock acceleration of cosmic-rays in the 2006 outburst of the recurrent nova RS Ophiuchi
2006年蛇夫座RS爆发的红外和X射线光谱观测表明，冲击波减速的速度比标准测试粒子绝热冲击波模型预测的要高。在这里，我们表明，所观察到的演变的新星遗迹可以解释的扩散冲击波加速粒子的冲击波和随后逃逸的最高能量的离子从冲击区。非线性粒子加速也可以解释由红外和X射线数据推导出的激波速度的差异。被加速的电子和质子在爆发后几天内可以达到的最大能量被发现高达几TeV。利用Berezhko和Ellison提出的非线性扩散激波加速的半解析模型，我们证明了用RXTE/PCA和Swift/XRT测量的激波后气体温度意味着相对中等的加速效率。
2007-05-30 astro-ph
Particle Energy And Acceleration Efficiencies In Highly Relativistic Shocks
本文研究了在试验粒子极限下扩散激波加速度的数值蒙特卡罗模拟。从$γ_{up}$ $\sim50$到$γ_{up}$ $\sim1000$，都使用了非常高的γ流天体物理等离子体，这可能与活动星系核喷流及其中心发动机的建议模型以及伽马射线暴（GRB）火球中的超相对论激波粒子加速有关。特别是对上述高相对论性过程的每波穿越能量增益和时间常数进行了数值计算。我们明确地发现一个相当大的$γ^{2}$能量提升在第一个冲击周期，并在所有随后的冲击周期的粒子能量乘以一个大的因素。还观察到相同加速过程的显著加速。这两个结果都与理论上的建议，一个显着增强的加速过程是可能的，由于相对论效应不存在于较低的等离子体流速。所得到的加速率和每一冲击周期的平均能量增益可以有效地证明伽玛暴产生超高能宇宙射线的理论。
2001-01-23 astro-ph
A note on the theory of transverse diffusion in shock particle acceleration
本文研究了空间扩散系数的形式在快粒子激波加速中的作用。参考非经典扩散和使用的数值（混合）模拟的结果，为下游的冲击人口在准连续高马赫数无碰撞冲击，我们应用的理论，我们证明，推断的扩散系数是在极好的协议与理论的要求和预测。在无碰撞状态下的扩散被证明是非经典的Gibbsian（Lévy flight），虽然很弱，但依赖于时间。
2008-11-24 astro-ph
Diffusive Acceleration of Ions at Interplanetary Shocks
日光层冲击是检验粒子在其周围加速理论的极好系统。这些一般分为两类：（1）行星际激波，其离子加速特性是线性的，非热离子作为测试粒子;（2）非线性系统，如地球的弓形激波和太阳风终止激波，其中加速的离子强烈影响激波的磁流体动力学结构。本文探讨了在一个特定的行星际冲击的扩散加速建模，重点解释在现场测量的离子分布函数。这一事件的观测数据是1991年第292天由卫星飞行任务获得的。使用一个著名的动力学蒙特卡罗模拟，这产生了良好的协议，在几个日光层冲击的观测，如有其他的理论技术，即混合等离子体模拟，和数值解的扩散-对流方程进行建模。在这个理论/数据的比较，它表明，扩散加速理论可以，一阶，成功地占附近的冲击质子分布数据，和观测的高能质子远上游行星际冲击比低能量拾取质子，使用一个单一的湍流参数。主要结论是，扩散加速流入上游离子可以模拟这种拾取离子丰富的事件，而不调用任何种子预加速机制，虽然这项调查不排除这种预加速的作用。
2005-06-08 astro-ph
Test-Particle Diffusive Shock Acceleration in Relativistic Shocks
我们目前的结果，从一个完全相对论性的蒙特卡罗模拟的扩散冲击加速度（DSA）在未修改的（即，测试粒子）冲击。计算机代码使用一个单一的算法序列来平滑地跨越从非相对论性速度到完全相对论性冲击的范围，提供了一个强大的一致性检查。我们显示了粒子谱的依赖性，这可能与典型的f（p）与p^{-4.23}成比例的结果，对一系列冲击洛伦兹因子的散射的强度和“精细度”的依赖性。当扩散为“精细”和各向同性时，蒙特卡罗结果也与Keshet和Waxman（2005）给出的平行冲击谱指数的简单关系一致。
2005-07-05 astro-ph
Diffusive Shock Acceleration in Unmodified Relativistic, Oblique Shocks
我们目前的结果从一个完全相对论性的蒙特卡罗模拟的扩散冲击加速度（DSA）在未修改的冲击。计算机代码使用一个单一的算法序列来平滑地跨越从非相对论性速度到完全相对论性冲击的范围，提供了一个强大的一致性检查。虽然已知的结果，获得了非相对论和超相对论平行冲击，新的结果提出了较少探索的跨相对论制度和斜，完全相对论冲击。我们发现，对于一个很宽的trans-relativistic范围，扩展到冲击洛伦兹因子>30，DSA产生的粒子谱强烈地偏离了正则f（p）与p^{-4.23}成比例的谱，这导致了超相对论冲击。在伽马射线暴和其它源中，跨相对论激波可能起重要作用，而且大多数相对论激波都是高度倾斜的。
2004-08-27 astro-ph
Diffusive Shock Acceleration Simulations: Comparison with Particle Methods and Bow Shock Measurements
直接比较扩散粒子加速的数值模拟与Monte Carlo和混合等离子体模拟的Ellison { \it et. al.}（1993）和Ellison { \it et. al.}（1990年）。为此，我们引入了一个新的数值方案，宇宙射线粒子注入热等离子体，模拟的方式扩散散射过程本身，即扩散和加速穿过冲击波前的粒子的超热尾麦克斯韦分布。我们发现，所有这些计算方法（扩散平流，双流体，蒙特卡罗和混合）是在实质上一致的问题，他们可以同时解决，使扩散粒子加速的基本物理是充分包含在每个。这是尽管事实上，每一个使什么似乎是非常不同的假设或近似。
1995-01-16 astro-ph
Nonhelical turbulent dynamos: shocks and shear
本文讨论了可压缩跨音速湍流中的小尺度湍流发电机作用。结果表明，磁雷诺数的临界值显示出双峰行为，并从一个典型的值为35小马赫数到80左右较大的马赫数的变化。这两个政权之间的过渡相对剧烈。直接模拟，然后与模拟中的冲击被捕获使用的冲击粘度，变得大的地方有冲击。在剪切的存在下，它表明，大规模的发电机行动是可能的。
2005-01-03 astro-ph
Electron acceleration at a low-Mach-number perpendicular collisionless shock
用全粒子模拟方法研究了电子在无碰撞、相对低的Alfven马赫数（M_A = 5）、垂直激波下的加速过程。最近的自洽混合激波模拟表明，沿低马赫数垂直激波的激波面，垂直激波阵面具有动态波纹特征。本文用大尺度（离子尺度）二维全粒子模拟方法研究了垂直激波的波纹效应对电子加速的影响。它已被证明，一个大幅度的电场被激发在与离子尺度的波纹冲击前，和反射的离子被加速上游在一个本地化的区域，在那里的冲击正常的电场的波纹结构被极化的上游。由高加速反射离子引起的电流驱动不稳定性对大振幅静电波有很高的增长率。高能电子然后产生的大幅静电波通过电子冲浪加速在冲击过渡区的前缘。结果表明，电子冲浪加速度也是低马赫数垂直无碰撞激波的一个共同特征。
2008-12-10 astro-ph
Computation of diffusive shock acceleration using stochastic differential equations
本工作考虑了非相对论冲击下的扩散激波加速问题，采用了一个等效于福克-普朗克方程的随机微分方程组。我们用一个数值格式计算了宇宙粒子在激波前沿输运的近似解。动量增益通过使用两个连续时间步长之间的线性插值的流体速度梯度的隐式计算给出。我们验证了我们的程序的情况下，单冲击加速不同的冲击厚度，有或没有同步辐射损失。对不同激波厚度的隐式和显式格式的比较表明，隐式计算将隐式格式的适用范围扩大到无限薄的一维激波。然后将该方法应用于以两个连续激波之间的距离、同步辐射损失时间和粒子逃逸时间为自由参数的等激波系统的多激波加速。稳态分布很好地再现了由多重冲击效应产生的平坦的微分对数能量分布，以及由于同步加速器损失在它们平衡加速率的动量处的堆积效应。在较高的动量下，粒子损失占主导地位，光谱下降。加速效应和损失效应之间的竞争导致了一种堆积形分布，这种分布似乎只在10-100个扩散长度的激波间距离的限制范围内有效。最后，我们计算了这种周期图案产生的光学薄同步辐射谱，它可以解释在平坦射电谱类星体和银河系中心观测到的平坦和/或倒置的谱。
1999-05-14 astro-ph
Large Cosmic Shock Waves as Sites for Particle Acceleration
通过数值模拟研究了两种宇宙学方案（SCDM和LCDM）下宇宙激波的性质。与吸积激波有关的平均半径和速度的标度关系有些不同，但与平坦Omega_M=1宇宙的自相似解在性质上相似。如果在吸积激波中存在一种可行的加速机制，则由下落气体提供的能量足以维持大量宇宙线的产生。最后，除了两个星系团合并的ICM相遇所产生的冲击外，与合并星系团相关的吸积冲击产生了强烈的“残余”冲击，这些冲击通过ICM传播，产生ICM的额外加热，以及相关的CR加速。
1999-06-09 astro-ph
A study of diffusive shock acceleration as a process explaining observations of 1 E0657-56 galaxy cluster
对1 E0657-56星系团弥散辐射的Chandra X射线观测揭示了大尺度星系团合并激波的存在。我们研究了观测到的无线电和X射线数据，这个集群作为一个可能的结果，扩散冲击加速。该模型可以在合理的激波和团内介质物理参数范围内解释观测结果。预计的非热软，硬X射线通量的预测。
2004-04-20 astro-ph
First order Fermi acceleration at multiple oblique shocks
给出了多斜激波作用下质点加速的数值结果。计算了一阶费米过程加速的实验粒子的稳态谱斜率。分析处理的结果进行比较，参数，扩散近似不适用。唯象地考虑了注入效应和有限激波延伸效应。我们发现加速粒子的频谱，以加强在多个斜冲击，并讨论了冲击次数的影响相比，本身的一致性。
2000-03-06 astro-ph
Particle Acceleration at High-$γ$ Shock Waves
用蒙特卡罗模拟研究了超相对论激波中的一阶费米加速过程。加速粒子谱是通过在激波附近的湍流磁场中积分精确的粒子轨迹而获得的，其中包括场结构的一些"现实“特征。我们表明，在斜激波的主要加速过程是在冲击粒子的压缩。对于高扰动的磁场，在有限的能量范围内可能形成高能谱尾。在光谱中的截止发生在低能量的共振范围内考虑。我们将此功能的结构的磁场下游的冲击，场压缩产生有效的2D湍流中，交叉场扩散是非常小的。由于下游的场压缩，对于较大的湍流振幅，平行高$γ$激波的加速过程也是无效的，并且恢复了在斜激波中观察到的特征。对于小振幅扰动，粒子谱形成在一个很宽的能量范围和修改的加速过程中，由于长波扰动的存在进行了观察。平行激波有效加速的临界湍流振幅随激波洛伦兹因子的增加而减小。我们还研究了激波下游强短波扰动对粒子加速过程的影响。得到的谱指数不收敛于"普适“值。我们的结果表明，一阶费米过程产生高能宇宙射线在超相对论冲击与所考虑的扰动磁场结构的效率低下。
2005-09-22 astro-ph
Acceleration Rates and Injection Efficiencies in Oblique Shocks
在激波中，粒子被一阶费米机制加速的速率取决于上游磁场与激波法线形成的角度\teq{\Tbone}。平行度越大，速率越大，在准垂直冲击中，速率可以比平行冲击高出数百倍。在许多与演化激波（\eg、超新星爆炸波和行星际旅行激波）有关的情况下，高加速率意味着高的最大粒子能量，而重粒子效应可能具有重要的天体物理学后果。然而，正如这里所证明的，将热粒子注入加速机构的效率也强烈地依赖于结晶度，并且通常与\teq{\Tbone}成反比。湍流的程度和由此产生的交叉场扩散强烈影响喷射效率和加速率。这里所用的激波加速试验粒子\mc模拟假定了大角度散射，精确计算了激波层流非相对论流中的粒子轨道，并计算了喷射效率作为湍流度、马赫数和湍流度的函数。我们发现，湍流必须是相当强的高马赫数，高度倾斜的冲击注入显着数量的热粒子，只有适度的增益，可以预期的加速率强斜激波在平行的，如果种子粒子的唯一来源是热背景。
1995-06-12 astro-ph
Nonthermal Electrons at High Mach Number Shocks: Electron Shock Surfing Acceleration
利用粒子模拟方法研究了高马赫数条件下垂直磁声激波中超热电子加速机制。我们发现产生超热电子的激波冲浪/冲浪加速发生在激波过渡区，在那里的一系列大振幅的静电孤立波（ESW）的Buneman不稳定性下的反射离子和入射电子之间的相互作用激发。结果表明，电子很可能被捕获ESW，并在捕获阶段，他们可以有效地加速由冲击运动/对流电场。我们讨论了超热电子可以被加速到$m_i c^2 (v_0/c)$，其中$m_i c^2$是离子的静止质量能量，$v_0$是激波上游的流速。此外，当Alfvén马赫数$M_A$超过几十时，这些超热电子中的一部分可以被有效地捕获无限长的时间，并被加速到由整体激波尺寸决定的激波势能。
2002-03-06 astro-ph
Limits on diffusive shock acceleration in dense and incompletely ionised media
计算了上游离子中性阿尔芬波阻尼、低能粒子电离和库仑损失对扩散激波加速的限制。给出了具有离子中性阻尼的定常上游波激励问题的解析解，并计算了由此产生的逃逸上游通量。讨论了时间相关问题，并给出了数值解。最后讨论了这些结果对超新星遗迹中激波加速可能的观测检验的意义。
1996-01-31 astro-ph
Shock Acceleration and gamma radiation in Clusters of Galaxies
从一堆星系团中观测到的非热辐射是粒子在团内介质中加速的证据。人们通常认为，与星系团合并或结构形成期间宇宙物质流入星系团有关的激波表面可能是加速的场所。我们在这里讨论的有效性，冲击加速的intracluster介质，强调合并相关的冲击通常是弱的，至少对于所谓的主要合并。我们研究了冲击强度对单个星系团伽马射线发射的影响，以及它们在未来伽马射线实验（例如GLAST）中的可探测性。我们还讨论了星系团对河外漫射伽玛射线背景的贡献。
2003-05-14 astro-ph
On Fermi acceleration and MHD-instabilities at ultra-relativistic magnetized shock waves
如果上游或下游的磁场被重新设计，使得大部分磁功率位于短的空间尺度上，那么费米加速可以在超相对论冲击波中发生。在相干和短尺度湍流磁场的存在下，费米加速成为有效的相关条件下解决。在MHD近似下，本文研究了相对论激波上游的宇宙射线流对已有磁场的放大。假设磁场在冲击波阵面坐标系中是垂直的，正如通常在大冲击波洛伦兹因子的限制下所预期的那样。在MHD区，激波前兆中的净宇宙线电荷（如激波阵面图所示）所产生的压缩不稳定性在最短的空间尺度上发展，但在中等水平deltaB/B ~ 1时达到饱和，这对费米加速是不够的。正如我们所讨论的，可能是磁流体动力学范围之外的其他不稳定性提供了足够的放大，使费米加速成功。
2008-11-13 astro-ph
Particle acceleration in ultra-relativistic oblique shock waves
我们进行蒙特卡罗模拟的扩散冲击加速在高度相对论性斜激波。高上游流洛伦兹伽马因子，这是有关的超相对论粒子激波加速活动星系核（AGN）的中央引擎和相对论喷流和伽马射线暴（GRB）火球的模型。我们调查数值的加速性能-在超相对论流态的$Γ\sim 10-10^{3}$ -如角分布，加速时间常数，粒子能量增益与交叉和频谱形状的数量。我们分别用两种不同的方法对亚光速和超光速激波进行了计算。$Γ^{2}$的第一个交叉周期和显着大的能量增益为后续的交叉点，以及高“加速”的因素，发现，是重要的支持Vietri和Waxman模型的伽玛射线暴超高能宇宙射线，中微子和伽马射线输出。
2002-12-13 astro-ph
Diffusive Shock Acceleration: the Fermi Mechanism
无碰撞等离子体冲击波的扩散费米加速机制在天体物理学中被广泛引用，以解释各种环境中非热粒子群的出现，包括宇宙射线产生的地点，并被观察到在日光层的几个地点运作。这篇评论概述了扩散冲击加速理论的主要结果，首先集中在它如何产生幂律分布的测试粒子制度，其中的冲击动力学是由热人口提供的种子粒子的加速过程中占主导地位。然后，由加速粒子的冲击流体动力学的非线性修改的重要性被解决，强调这些随后如何影响非热光谱的形成。
1997-11-16 astro-ph
A general solution to non-linear particle acceleration at non-relativistic shock waves
无碰撞冲击波的扩散加速仍然是描述所有能量的宇宙射线起源的最有前途的加速机制之一。需要考虑的一个关键因素是加速粒子对冲击波的反应，这反过来又决定了该过程的效率。在这里，我们提出了一个半解析动力学方法，使我们能够计算加速粒子引起的冲击修改与粒子加速的效率和加速粒子的光谱。激波修正是针对任意环境参数（马赫数、最大动量、密度）和介质的任意扩散特性计算的。几个依赖性的扩散系数对粒子的动量和位置被认为是评估的良好的方法。
2005-09-22 astro-ph
Stochastic Particle Acceleration in Parallel Relativistic Shocks
我们目前的测试粒子模拟结果的第一和第二阶费米加速相对论平行冲击波。我们的研究表明，二阶机制在湍流下游的相对论冲击波的作用可能被低估了在过去，和随机机制可能有显着的影响粒子谱的形式和它的时间演化。
2005-03-03 astro-ph
Particle acceleration at shocks in relativistic jets
本文简要回顾了激波前沿粒子加速的理论，特别强调了耀变体非热辐射粒子的产生。这些源的平坦的射电/红外光谱不能由在均匀介质中传播的简单非相对论激波阵面处的扩散加速产生。然而，如果受冲击气体中的压力由轻子分量提供，或者与状态方程无关，由一个与磁场倾斜的相对论性激波提供，则它可以由一个单一的未修正的温和相对论性激波产生。这些冲击的分析理论作了一些简化，但蒙特卡罗模拟的存在，扩大了有效性的范围。特别令人感兴趣的是在缠结的磁场中的加速度。然而，在这里，蒙特卡罗模拟尚未产生明确的结果。本文讨论了Blazar辐射的“均匀”模型，并指出它们暗示了发射区的几何形状是层状的，在Mkn~421的情况下，d/R< 3%。识别这些与相对论冲击波阵面，加速模型的描述，它显示的同步加速器光谱指数与强度的特征变化。
1997-08-05 astro-ph
In-situ Particle Acceleration in Collisionless Shocks
一般来说，来自伽马射线暴、活动星系核和相对论性喷流的外流通过无碰撞激波与周围介质相互作用。我们用三维相对论粒子模拟研究了这种激波。实验结果表明，在磁丝附近产生了强度达均分系数的小尺度磁丝，电子通过一种新的加速机制被加速到幂律分布N（E）~E^{-p}.加速度是局部限制的、瞬时的，并且与费米加速度等递归加速度过程不同。我们发现，建议的加速机制与热化竞争，并成为重要的高洛伦兹因子。
2005-02-18 astro-ph
Acceleration of Cosmic Rays at Large Scale Cosmic Shocks in the Universe
对宇宙大尺度结构的宇宙流体动力学模拟表明，非线性结构的引力坍缩引起的流动运动会形成吸积激波和合并激波。估计这些冲击的速度和曲率半径可能分别高达1000 km/s和几Mpc。根据扩散激波加速理论，宇宙射线粒子群可以被注入并被稀薄等离子体中的天体物理激波加速到非常高的能量。为了研究宇宙线在宇宙激波中的加速，我们用新开发的CRASH（Cosmic Ray Amr SHock）数值程序对宇宙线（CR）修正激波进行了非线性数值模拟。我们采用玻姆扩散模型的CR，基于假设，强阿尔文波是自生成的流动CR。冲击波形成模拟包括一个基于等离子体物理学的"注入“模型，该模型将一小部分热质子通量通过冲击波转移到低能CR中，以便在那里加速。我们发现，对于强吸积激波，与纯气体动力学激波相比，CR可以吸收大部分激波动能，吸积激波速度降低20%。然而，对于马赫数较小的合并激波，能量转移到CR上的比例仅为10- 20%，相关CR粒子分数为$10^{-3}$。由于CR压力的非线性反馈是微不足道的，在后者的冲击。虽然详细的结果取决于粒子扩散和注入的模型，这些计算表明，宇宙激波在大尺度结构可以提供加速的最高能量的河外宇宙射线的网站。
2002-11-15 astro-ph
