Diffusive Shock Acceleration by Multiple Weak Shocks
在星系团的形成过程中，团内介质（ICM）预计平均会经历三次具有低音速马赫数（$M\lesssim 3$）的弱激波。质子和电子都可以通过扩散冲击加速（DSA）在ICM冲击中加速成为高能宇宙射线（CR）。我们检查DSA的影响，包括{ \it在原位}注射/加速在每次冲击的频谱上的加速CR的多次冲击，然后在连续的冲击在测试粒子制度的重复再加速。为了简单起见，假设加速粒子在遇到后续激波之前经历绝热减压而没有能量损失并从系统中逃逸。我们表明，在一般情况下，CR频谱是平坦的多个冲击通道，相比DSA的一个单一的情节，和加速效率增加与连续的冲击通道。然而，由于激波膨胀到星团外围的减压可能会减少多个激波通道对CR谱的放大和平坦化。最后一个激波后的CR谱由所有先前激波重复再加速的累积效应决定，但它对激波马赫数的顺序相对不敏感。因此，冲击的多次通过可能导致CR谱的斜率偏离电流冲击的规范DSA幂律斜率。
2021-06-16 astro-ph.HE
Pitch-Angle Diffusion and Bohm-type Approximations in Diffusive Shock Acceleration
加速宇宙射线的问题是一个至关重要的问题，特别是考虑到加速场内部条件的不确定性。在这里，我们研究任意湍流磁场中的扩散激波加速，构建一个新的模型，能够弥合非常弱（$δB/B_0 \ll 1$）和强湍流制度之间的差距。为了描述扩散，我们提供了定量分析描述的“玻姆指数”在每个政权。我们表明，我们的结果收敛到众所周知的准线性理论在弱湍流区。在强制度，我们量化的玻姆型模型的局限性。此外，我们的结果占的异常扩散行为，这已经注意到以前。最后，我们讨论了我们的模型在不同的天体可能的加速网站的研究的影响。
2019-01-17 astro-ph.HE
Diffusive Acceleration of Particles at Oblique, Relativistic, Magnetohydrodynamic Shocks
相对论性激波的扩散激波加速（DSA）是活动星系核中河外喷流和伽马射线暴等多种天体的重要加速机制。这些源仍然是产生超高能宇宙射线的良好候选地点。在本文中，DSA在相对论冲击密切相关的相对论电子和离子的生产的关键预测概述。识别这些特征的技术是对试验粒子、相对论、斜向磁流体动力学（MHD）激波中的这种扩散加速度进行蒙特卡罗模拟。使用一个紧凑的处方MHD湍流中的电荷扩散，这种方法产生的粒子角和动量分布在任何位置的上游或下游的冲击。模拟输出的小角度和大角度散射的情况下，和各种冲击的超光速制度时，霍夫曼-泰勒框架不存在。分布函数幂律指数与其他技术的结果相比毫不逊色。发现它们敏感地依赖于激波中的平均磁场方向，以及在激波环境中沿场传播的MHD湍流的性质。一个有趣的制度的平谱生成的解决，我们提供的证据是由于冲击漂移加速，一种现象，在日光层冲击研究。这些理论结果对耀变体科学的影响进行了概述。具体而言，费米-LAT伽马射线观测这些相对论性喷流源提供了重要的相对论冲击，即场的湍流度，散射的频率和场的湍流水平的环境量的重要约束。
2011-10-27 astro-ph.HE
Effects of Alfvenic Drift on Diffusive Shock Acceleration at Weak Cluster Shocks
星系团发射的$γ$射线未被探测到，这对宇宙射线（CR）质子在弱无碰撞冲击下的扩散冲击加速（DSA）提出了挑战，这些冲击预计将在星系团内介质中形成。为了解决这个问题，我们在这里探讨可能的作用，阿尔文波自激通过共振流不稳定性在CR加速在平行冲击。阿尔文波的平均漂移可能会增加或减少散射中心压缩比，这取决于激波后的交叉螺旋度，导致CR谱变平或变陡。我们首先检查这样的影响，在平面冲击波的基础上，在小振幅限制的阿尔文波的运输。对于与簇激波相关的激波参数，Alfvénic漂移使CR谱略有增加，导致CR加速效率$η$略有增加。然后，我们考虑两个额外的，物理动机的情况下：（1）postshock波是各向同性通过MHD和等离子体过程中的冲击过渡和（2）postshock波只包含向前波传播的流动，由于可能的CR压力梯度后面的冲击。在这些情况下，阿尔夫文漂移可以减少$η$多达5倍的弱集群冲击。对于这里采用的正则参数，我们建议对音速马赫数为$M_{\rm s}\approx2-3$的激波采用$η\sim10^{-4}-10^{-2}$。$η$的可能减少可能有助于缓解来自星系团的$γ$射线的未检测和DSA预测之间的紧张关系。
2018-02-09 astro-ph.HE
The Role of Diffusive Shock Acceleration on Nonequilibrium Ionization in Supernova Remnant Shocks II: Emitted Spectra
我们提出了一个网格的非平衡电离模型的X射线光谱超新星遗迹经历有效的扩散冲击加速。计算遵循冲击波的流体动力学以及冲击波后面的等离子体的随时间变化的电离。电离状态被传递到等离子体发射率代码来计算热X射线发射，其与来自非热同步辐射的发射相结合，以产生来自宇宙射线主导的冲击的热和非热发射的自洽模型。我们展示了如何等离子体诊断，如氦离子的G '比，定义为相互组合，禁止和卫星线的总和与共振线的比率，可以随着加速效率而变化，并讨论如何热X射线发射，当随时间变化的电离不计算自洽与流体力学，可以不同于热X射线发射的模型，其中没有考虑到流体力学。最后，我们比较的热X射线发射的模型，显示中等加速（~ 35%）的热X射线发射的测试粒子模型。
2010-10-15 astro-ph.HE
Steep Cosmic Ray Spectra with Revised Diffusive Shock Acceleration
银河系宇宙射线在超新星遗迹的正激波处通过扩散激波加速（DSA）得到加速，这是一种有效的加速机制，预测了宇宙射线能量的幂律分布。然而，非热SNR发射的观测结果意味着CR能量分布通常比标准DSA预测$E^{-2}$更陡。动力学混合动力模拟的最新结果表明，这种陡峭的光谱可能会出现从漂移的磁结构相对于下游的热等离子体的冲击。使用半解析模型的非线性DSA，我们调查的影响，这些结果的现象学的范围很广的信噪比。通过考虑下游磁结构的运动，我们产生了比$E^{-2}$陡得多的CR能量分布，并且与观测结果一致。我们的形式再现了银河系超新星遗迹（$\propto E^{-2.2}$）的适度陡峭的光谱和年轻的射电超新星（$\propto E^{-3}$）非常陡峭的光谱。
2021-09-03 astro-ph.HE
Maximally-hard spectra from diffusive shock-acceleration in pulsar-wind nebulae
导致脉冲风星云（PWNe）异常坚硬的射电光谱的过程尚未被理解。从文献中的$29$ PWNe之间的无线电光子谱指数显示出近似正态的$α=0.2\pm0.2$分布。我们目前的$\sim 3σ$证据PWNe的一个独特的子群，与硬频谱$α=0.01\pm0.06$附近的终止冲击和显着较软的其他地方，可能是由于最近疏散的冲击环境。这样的光谱，特别是在硬子群中，表明费米过程，如扩散冲击加速，在其极端，$α=0$限制。我们表明，这一限制接近充分各向异性的小角度散射，加强对任何一侧的冲击接近冲击波前的粒子。在上游，光谱硬化主要与增强的能量增益有关，可能是由穿过激波的相同束粒子驱动的。在下游，主要影响是逃逸概率减小，但这将加速效率降低到对于$α=0.3$为$\lesssim25\%$和对于$α=0.03$为$\lesssim1\%$。
2020-12-01 astro-ph.HE
Magnetic field amplification in nonlinear diffusive shock acceleration including resonant and non-resonant cosmic-ray driven instabilities
我们提出了一个有效的扩散冲击加速（DSA）的非线性蒙特卡罗模型，负责粒子扩散的磁湍流计算自洽从共振宇宙射线（CR）流不稳定性，以及非共振短波长和长波长CR电流驱动的不稳定性。我们包括反压力从CRs相互作用的强烈放大的磁湍流，减速和加热的超alfvenic流在扩展的冲击前兆。独特的是，在我们的平面平行，稳态，多尺度模型，全范围的粒子，从热（~eV）注入在粘性亚激波，逃逸的最高能量CR（~PeV）从冲击前兆，计算一致的冲击结构，前驱体加热，磁场放大（MFA），散射中心漂移相对于背景等离子体。此外，我们展示了湍流级联到较短波长如何影响总冲击压缩，下游质子温度，磁波动谱和加速粒子谱。一个参数调查包括在那里我们改变冲击参数，磁湍流产生的模式，和湍流级联。从我们的调查结果中，我们得到的最大粒子动量和放大磁场的冲击速度，环境密度和冲击大小的函数的标度关系。
2014-05-31 astro-ph.HE
Diffusive shock acceleration in $N$ dimensions
无碰撞冲击通常在两个空间维度（2D）中进行研究，以深入了解3D情况。我们分析了任意维数$N\in\mathbb{N}$的扩散激波加速。对于压缩比为$\mathcal{R}$的非相对论激波，加速粒子的谱指数为$s_E=1+N/(\mathcal{R}-1)$ ;奇怪的是，对于任何$N$，这都产生了熟悉的$s_E=2$（即，每个对数粒子能量仓的相等能量）。导出了相对论激波上$s_E$与各向异性的精确关系，并利用该关系得到了各向同性角扩散情况下$s_E$的解析表达式，证实了三维情况下的类似结果。特别是，这种方法产生超相对论冲击极限的$N=2$的$s_E = (1+\sqrt{13})/2 \simeq 2.30$和$s_E(N\to\infty)=2$的任何强冲击。各向同性扩散输运方程的角本征函数在2D中简化为椭圆余弦函数，提供了问题的严格解;上游的第一个函数已经产生了非常精确的近似。我们展示了如何这些和其他结果可以用来促进研究的冲击在3D。
2020-02-25 astro-ph.HE
The Role of Diffusive Shock Acceleration on Non-Equilibrium Ionization in Supernova Remnants
我们提出的半解析计算结果显示出明确的证据，在非平衡电离背后的超新星遗迹正向冲击波进行有效的扩散冲击加速（DSA）的变化。粒子的有效加速（即，宇宙射线）降低了冲击温度并提高了冲击气体的密度，从而与测试粒子近似相比改变了等离子体的电离状态，在测试粒子近似中，宇宙射线获得的冲击能量的分数微不足道。测试粒子和有效加速情况之间的差异是实质性的，并且发生在慢和快的温度平衡速率下：在加速效率较高的情况下，特定的离子状态在较低的电子温度下更多地被填充。我们还提出的结果表明，在有效的冲击加速的情况下，更高的电离分数达到显着更接近冲击波前比在测试粒子的情况下，清楚地表明，DSA可能会提高热X射线的生产。我们把这归因于更高的postshock密度，导致更快的电子温度平衡和更高的电离率。这些空间差异应该是可解决的与当前和未来的X射线任务，并可用于诊断在宇宙射线修改冲击的加速效率估计。
2009-02-14 astro-ph.HE
Diffusive Shock Acceleration in Test-Particle Regime
我们研究扩散冲击加速的测试粒子解决方案，基于简单的模型，热泄漏注入和阿尔芬漂移。临界注入率（CR）主要取决于声激波的马赫数M和激波前气体温度T_1。在热相星际介质（ISM）和团内介质中，M < 5的激波的ε_c < 10^{-3}，而M > 10的激波的ε_c ~ 10^{-4}（T_1/10^6 K）^{1/2}。例如，对于T_1=10^6 K，如果注入动量p_{inj} > 3.8 p_{th}，则测试粒子溶液是有效的。这导致冲击后CR压力小于冲击压头压力的10%。如果Alfven速度与震前流中的声速相当，如在热相ISM中，CR谱的幂律斜率可以比正则测试粒子斜率明显更软。然后，冲击波处的CR谱可以用修正的试验粒子幂律近似，在最高加速动量p_{max}（t）处具有指数截止。本文还提出了指数截止的解析形式。
2010-08-03 astro-ph.HE
Diffusive shock-acceleration: breakdown of spatial diffusion and isotropy
我们指出，在压缩比为$r$的非相对论激波中加速的粒子只有在一定条件下才能达到标准的$p=(r+2)/(r-1)$谱指数。以前推导的频谱，基于近似的空间扩散或可忽略的各向异性，被证明是不合理的一般散射函数。我们解释和数值证明，与以前的权利要求相反，$p$可以大大偏离各向异性散射的标准结果。我们证明了分析的标准方法仍然是有效的各向同性介质的限制。额外的光谱修改，例如在中间的光学深度从冲击的散射模式的运动，进行了讨论。
2019-10-17 astro-ph.HE
Turbulence induced additional deceleration in relativistic shock wave propagation: implications for gamma-ray burst
伽马射线暴的晚期余辉被认为是由于伽马射线暴喷出物在星际介质中传播时驱动的前向冲击波逐渐减速所致。研究了星际湍流对激波传播的动力学影响。结果表明，激波减速比以前假设的更快，没有湍流。作为观测结果，在前向激波的光变曲线中将出现较早的喷流中断。从喷流破裂推断的伽马射线暴的喷流修正能量释放的散射，可能部分是由于湍流/冲击波相互作用的物理不确定性。这种不确定性也存在于著名的伽马射线暴瞬发内激波模型中的两壳层碰撞中。已知伽马射线暴光度关系的大散射体可能是固有的，因此伽马射线暴不是一个好的标准烛光。我们还讨论了其他影响。
2012-06-25 astro-ph.HE
Analytic study of 1D diffusive relativistic shock acceleration
相对论激波的扩散激波加速（DSA）被认为是产生各种天文相对论流中带电粒子的$dN/dE\propto E^{-p}$谱的原因。我们表明，对于测试粒子在一维（1D），$p^{-1}=1-\ln\left[γ_d(1+β_d)\right]/\ln\left[γ_u(1+β_u)\right]$，其中$β_u$（$β_d)$是上游（下游）的归一化速度，和$γ$是各自的洛伦兹因子。这在分析上捕捉了相对论DSA在更高维度中的主要性质，没有对扩散机制的假设。与2D和3D不同的是，即使在超相对论极限下，光谱对状态方程也很敏感，并且（对于J{ü}ttner-Synge状态方程）随着$1<γ_u<57$的增加而明显变硬，然后在数学上收敛回$p(γ_u\to\infty)=2$。一维光谱对漂移敏感，但仅在下游，而不是在超相对论极限。
2017-10-12 astro-ph.HE
A Diffusive Shock Acceleration Model for Protons in Weak Quasi-parallel Intracluster Shocks
在宇宙大尺度结构形成的过程中，团内介质（ICM）中会形成低马赫数激波。非热宇宙射线（CR）质子预计将通过扩散激波加速（DSA）在这些ICM冲击，虽然观测证据的$γ$射线发射强子起源的星系团尚未建立。考虑到最近等离子体模拟的结果，我们改进了\citet{kang2010}以前提出的弱准平行激波（$Q_\parallel$）的解析测试粒子DSA模型。在模型CR谱中，从冲击后热粒子群到CR粒子群的转变发生在注入动量$p_{\rm inj}$处，在该动量之上质子可以经历完整的DSA过程。当激波能量传递给CR质子时，由于CR压力对激波结构的动力学馈送，激波后气体温度应相应降低，亚激波强度减弱。这导致注入分数的减少，虽然冲击后CR压力接近渐近值时，CR谱扩展到相对论制度。我们的新DSA模型自洽地解释了这种行为，并采用了更好的估计$p_{\rm inj}$。用我们的DSA模型谱，对于ICM中的超临界、$Q_\parallel$ -激波和音速马赫数$2.25\lesssim M_{\rm s}\lesssim5$，CR加速效率范围为$η\sim10^{-3}-0.01$。另一方面，基于\citet{ha2018b}，我们认为质子加速在次临界冲击与$M_{\rm s}<2.25$可以忽略不计。
2019-08-10 astro-ph.HE
Modeling Magnetic Field Amplification in Nonlinear Diffusive Shock Acceleration
这项研究的动机是最近的观测表明，非常强的磁场在一些超新星遗迹的冲击，这表明在现场产生的磁湍流。本文提出了一个随机磁场强放大的无碰撞冲击数值模型，自洽地耦合到带电粒子的有效冲击加速。该模型基于非线性冲击波中粒子输运和加速的蒙特卡罗模拟，采用非热粒子流存在下磁化等离子体不稳定性的最新解析模型描述了磁场放大。这些结果有助于人们理解强无碰撞冲击中热等离子体、加速粒子和随机磁场之间复杂的非线性联系。此外，预测粒子加速和磁场放大的效率，磁场放大的加速粒子的最大能量的影响，和热等离子体的压缩和加热的冲击。由该模型导出的粒子分布函数和湍流谱可用于计算可观测的非热辐射发射。
2009-04-23 astro-ph.HE
Global Constraints on Diffusive Particle Acceleration by Strong Nonrelativistic Shocks
通过观测估算超新星遗迹中宇宙线加速效率$ ε$是一项具有挑战性的工作。基于Rankine-Hugoniot激波条件，我们发现了$ ε$和相对论粒子分布的幂律谱指数$ α$之间的关系，这意味着在具有较硬射电谱的较老SNR中，通过扩散粒子加速产生更有效的加速。然后，可以从一些硬无线电频谱指数测量来估计$ ε$。假设强激波下游的粒子分布为非相对论性麦克斯韦分布加上高能截断的相对论性幂律分布，我们还发现相对论性粒子的注入率$ η$需要为$ \gtrsim 10^{-6} $才能显著降低信噪比中的绝热指数，这意味着更高的压缩比和更低的$ α$值。$ η$的这个阈值随着激波速度$ u_1 $而增加，这可以解释具有较低$ u_1 $的较老SNR的相对较硬的无线电频谱。我们表明，$ η$和/或相对论截止动量$ p_\text{m} $需要为低的旧SNR，并期望随着SNR的逐渐降低$ η$和$ p_\text{m} $的演变，$ ε$逐渐增加。
2018-12-20 astro-ph.HE
Bell Instability-Mediated Diffusive Shock Acceleration at Supernova Blast Wave Shock Propagating in the ISM
本文用新型数值方法模拟星际介质中超新星爆炸波激波的 Bell 不稳定性与磁场放大，解释典型条件下宇宙线最高约30 TeV且磁场未饱和的原因。
2024-04-05 astro-ph.HE
Non-linear Diffusive Shock Acceleration of Cosmic Rays -- Quasi-thermal and Non-thermal Particle Distributions
该研究利用半解析Blasi非线性DSA模型，从κ型准热分布出发计算质子与电子的非热能谱，并改进子激波跃变、电子加热、磁场不稳定性及逃逸与损失修正。
2023-09-15 astro-ph.HE
Microphysics of diffusive shock acceleration: impact on the spectrum of accelerated particles
研究非共振流不稳定性对湍流冲击加速谱变形的影响，探讨冲击速度和注入动量对谱变陡的依赖性。
2025-12-12 astro-ph.HE
Effect of Magnetised Discontinuity on Diffusive Shock Acceleration
Indian Institute of Science Education and Research（印度科学教育研究所）
研究探讨了磁化不连续性对扩散冲击加速中粒子能量谱的影响，发现磁化能增强粒子约束并提高能量增益，pitch角依赖扩散显著降低谱陡度。
2025-12-30 astro-ph.HE
Injection of $κ$-like Suprathermal Particles into Diffusive Shock Acceleration
我们考虑一个扩散激波加速（DSA）过程中热漏注入的唯象模型，其中激波过渡区附近的超热质子和电子被假定为具有所谓的$κ$分布，该分布是由背景热粒子与预先存在的和/或自激等离子体/MHD波或湍流相互作用产生的。$κ$分布具有幂律尾部，而不是指数截止，远高于热峰值动量。因此，有更多的潜在种子粒子的动量，以上所需的参与DSA过程。结果，与麦克斯韦分布相比，$κ$分布的喷射率对激波马赫数的依赖性要小得多。因此，在冲击波中存在类似$κ$的超热尾将缓解极低注入分数的问题，特别是对于电子，特别是在弱冲击波中，如在团内介质中发现的那些。我们认为，质子的注入分数范围$10^{-4}-10^{-3}$的$κ$ -分布与$10 < κ_p < 30$在准平行冲击，而电子的注入分数成为$10^{-6}-10^{-5}$的$κ$ -分布与$κ_e < 2$在准垂直冲击。对于这样的$κ$值，宇宙射线电子与质子的比率自然变成$K_{e/p}\sim 10^{-3}-10^{-2}$，这是解释观测到的银河系宇宙射线比率所必需的。
2014-05-03 astro-ph.HE
Diffusive shock acceleration of dust grains at supernova remnants
本研究针对银河系宇宙线中难熔元素丰度过高的问题，通过半解析方法和自相似解分析Ia型超新星遗迹处尘埃的扩散激波加速过程，发现小尘埃可被加速至相对论速度，其溅射产生的原子核能注入DSA过程，为宇宙线难熔元素超丰提供了自然解释。
2024-10-30 astro-ph.HE
Radio emission and nonlinear diffusive shock acceleration of cosmic rays in the supernova SN 1993J
超新星SN 1993 J在无线电波段的广泛观测使其成为研究超新星激波中粒子加速的独特目标。为了描述无线电同步辐射，我们使用一个模型，耦合半解析描述的非线性扩散冲击加速与自相似的解决方案的流体动力学的超新星膨胀。同步辐射是由相对论电子在激波后等离子体中传播产生的，由包含同步辐射自吸收过程的辐射转移计算得到。应用该模型解释了高分辨率VLBI成像观测的射电辐射形态和6个频率的总通量密度随时间的演化。光变曲线和无线电发射的形态都表明，爆炸后不久，爆炸波区域的磁场被强烈放大，这可能是通过在冲击波前兆中操作的宇宙射线流不稳定性的非共振机制。湍流磁场在激波后没有衰减，而是被下游区域的等离子体流携带。宇宙射线质子是由爆炸波的扩散冲击加速有效地产生的。我们发现，在爆炸后的第一个~8.5年，约19%的总能量处理的前向冲击波被转换为宇宙射线能量。然而，激波仍然受到宇宙射线压力的微弱影响。高磁场放大意味着质子被迅速加速到远高于1 PeV的能量。从这颗超新星获得的结果支持了这样一种假设，即大质量恒星爆炸成它们以前的恒星风是高能银河宇宙射线的主要来源。
2009-03-17 astro-ph.HE
Diffusive acceleration in relativistic shocks: particle feedback
在相对论激波中被扩散加速的粒子的谱指数$s$取决于未知的角扩散函数$\mathcal{D}$，如果加速是有效的，则角扩散函数本身取决于粒子分布函数$f$。我们开发了一个松弛代码来计算$s$和$f$的任意功能$\mathcal{D}$依赖于$f$。一个局部的$\mathcal{D}(f)$依赖性的动机和显示，当上升（下降）上游，软化（硬化）$s$相对于各向同性的情况下，移动的角度分布向上游（下游）方向，并加强（削弱）的粒子约束的冲击;相反的效果$s$下游发现。然而，即使当$\mathcal{D}$是$f$的强函数时，$s$的变化仍然是适度的，因此标准的各向同性扩散结果仍然近似适用，除非$\mathcal{D}$是高度各向异性的并且不是$f$的局部函数。当$\mathcal{D}(f)$上升足够快时，在2D和3D中$s$的温和的$\sim 0.1$软化可以通过从头计算模拟来指示。
2019-10-22 astro-ph.HE
Reverse Shock Emission in Gamma-ray Bursts Revisited
一个通用的同步加速器外激波模型是广泛使用的范例来解释宽带余辉数据的伽马射线暴（GRB），包括预测的可观察到的签名，从一个反向冲击已被证实的观测。反向冲击发射的性质的调查可以提供有价值的洞察伽玛射线暴喷出物的内在属性。在这里，我们简要地回顾了反向激波发射的标准模型和扩展模型，讨论了理论和观测之间的联系，包括最新观测进展的影响。
2015-07-07 astro-ph.HE
Diffusive shock acceleration in relativistic, oblique shocks
本文利用PIC与网格磁流体力学相结合的模拟方法，研究相对论性准垂直激波中的粒子加速，发现只要阿尔芬马赫数足够高，此类激波就能通过扩散激波加速过程加速粒子。
2024-07-08 astro-ph.HE
Numerical Modeling of Time Dependent Diffusive Shock Acceleration
本文基于 CRPropa3.2 的 DiffusionSDE 构建时间依赖 DSA 模型，引入重要性采样与自适应时间步长，并经 VLUGR3 验证后应用于 GWTS。
2023-12-06 astro-ph.HE
Reverse and Forward Shock X-ray Emission in an Evolutionary Model of Supernova Remnants undergoing Efficient Diffusive Shock Acceleration
我们提出了新的模型的前向和反向冲击热X射线发射的核心崩溃和Ia型超新星遗迹（SNRs），其中包括有效的生产宇宙射线通过非线性扩散冲击加速（DSA）。我们的CR-hydro-NEI代码考虑了非平衡电离（NEI），有效的CR生产的SNR演变的流体动力学效应，以及重离子和电子在冲击超新星（SN）喷出物和冲击拱星材料之间的碰撞温度平衡。虽然这里强调X射线发射，但我们的代码自洽地确定了从无线电到TeV能量的热和非热宽带发射。我们包括多普勒展宽的谱线的热运动的离子和剩余的膨胀。我们研究，在一般情况下，周围环境，祖模型，温度平衡，和DSA相关的过程中的热谱和非热谱的角色。对年轻SN的X射线线发射的研究是一个强有力的工具，可以确定特定SN元素的贡献，并提供关键信息，有助于了解爆炸的类型和能量、SN爆炸的环境介质的组成，以及受冲击的SN喷出物和星际介质中热等离子体的电离和动力学。随着下一代X射线卫星Astro-H即将发射，以前所未有的高分辨率观测谱线将成为现实。我们的自洽计算的X射线光谱从各种祖先将有助于解释未来的观测信噪比。
2014-07-16 astro-ph.HE
Diffusive shock acceleration with magnetic field amplification and Alfvenic drift
我们探索波粒相互作用如何影响扩散激波加速（DSA）在天体物理冲击进行随时间变化的动力学模拟，其中磁场放大（MFA），Alfvenic漂移，热泄漏注入，玻姆扩散，和自由逃逸边界的唯象模型实施。如果宇宙射线（CR）粒子的注入分数大于2 × 10 ^{-4}，对于与年轻超新星遗迹相关的激波参数，DSA足够有效，由于CR反馈而产生显著的激波前兆，并且磁场可以通过上游区域的CR流不稳定性放大到20倍。如果散射中心在放大的磁场中以阿尔芬速度漂移，CR能谱会显著变陡，加速效率降低。采用自洽MFA和Alfvenic漂移的非线性DSA预测，对于音速马赫数为20< M_s< 100的强激波，激波后CR压力大约在激波冲压压力的10%处饱和。由于放大的磁场跟随前体中的流动改性，所以粒子谱的低能量端比高能量端软化得多。因此，即使在Alfvenic漂移的帮助下，能谱中的凹曲率也不会完全消失。对于中等Alfven马赫数（M_A<10）的激波，加速CR谱可以变得像E^{-2.1}-E^{-2.3}那样陡峭，这与观测到的几个年轻超新星遗迹的CR谱和γ射线光子谱更加一致。
2012-09-24 astro-ph.HE
Time-dependent Diffusive Shock Acceleration in Slow Supernova Remnant Shocks
最近的伽马射线观测表明，与分子云相互作用的中年超新星遗迹可能是GeV和TeV辐射的来源。已经提出了一些模型来解释观测到的伽马射线发射，这些模型涉及环境介质中预先存在的宇宙射线的再加速以及超新星遗迹与分子云之间的直接相互作用。对于再加速过程，在测试粒子极限下的标准DSA理论产生的稳态粒子谱与观测结果相比过于平坦，这表明观测到的谱的高能量部分尚未达到稳态。我们推导出一个时间相关的DSA解决方案，在测试粒子的限制，涉及再加速预先存在的宇宙射线在震前介质的情况。简单的估计与我们的时间相关的DSA解决方案加上分子云相互作用模型可以再现的整体形状的光谱IC 443和W 44从GeV到TeV的能量通过纯$π^0$衰变发射。我们允许幂律动量依赖的扩散系数，发现幂律指数为0.5是有利的。
2014-12-30 astro-ph.HE
Nonlinear diffusive shock acceleration with upstream escape reproduces DAMPE observations
State Key Laboratory of Particle Astrophysics, Institute of High Energy Physics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院高能物理研究所粒子天体物理国家重点实验室）；Key Laboratory of cosmic ray, Ministry of education, Tibet University（西藏大学教育部宇宙射线重点实验室）；University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学）
该研究提出非线性扩散激波加速模型，结合宇宙射线反作用与上游逃逸机制，成功再现DAMPE观测到的质子能谱特征。
2026-02-15 astro-ph.HE
Diffusive shock acceleration at laser driven shocks: studying cosmic-ray accelerators in the laboratory
负责许多天体物理系统的发射的非热粒子谱被认为是通过一阶费米过程（也称为扩散激波加速）来自激波。同样的机制也被广泛认为是高能宇宙射线产生的原因。随着人们对激光等离子体中无碰撞激波物理的兴趣日益增长，在受控实验室中再现和检测激波加速度的可能性应该被考虑。必须满足的各种实验限制进行审查。它表明，几个目前正在运行的激光设施可能满足必要的标准，以确认发生的扩散冲击加速的电子在激光产生的冲击。在实验室中成功再现费米加速可以打开一系列的可能性，提供对发生在宇宙射线的天体物理源附近的复杂等离子体过程的深入了解。
2012-11-15 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Diffusive cosmic ray acceleration at relativistic shock waves with magnetostatic turbulence
本文将具有静磁湍流的平行定常激波上扩散宇宙线加速的解析理论推广到任意激波速度$V_s=β_1c$，特别包括相对论速度。这是通过将扩散近似应用于在混合共动坐标系中制定的相关福克-普朗克粒子输运方程来实现的。在这个坐标系中，粒子的动量坐标$p$和$μ=p_{\parallel }/p$是在流动等离子体的静止坐标系中取得的，而时间和空间坐标是在观测者的系统中取得的。对于静磁平板湍流的扩散对流输运方程的各向同性（在静止框架的流动等离子体）的粒子的相空间密度的一部分。对于阶跃激波速度分布，求解了稳态扩散-对流输运方程。对于对称俯仰角散射的福克-普朗克系数$D_{μμ}(-μ)=D_{μμ}(μ)$的稳态解是独立的微观物理散射的细节。对于非相对论性单动量粒子在激波处的注入，加速粒子的微分数密度是一个洛伦兹型分布函数，在大动量处，它接近于一个幂律分布函数$N(p\ge p_c)\propto p^{-ξ}$，其谱指数为$ξ(β_1) =1+[3/(Γ_1\sqrt{r^2-β_1^2}-1)(1+3β_1^2)]$。对于非相对论（$β_1\ll 1$）激波速度，该谱指数与已知结果$ξ(β_1\ll 1)\simeq (r+2)/(r-1)$一致，而对于超相对论（$Γ_1\gg 1$）激波速度，谱指数值接近于1。
2015-03-16 astro-ph.HE
Diffusive shock acceleration: non-classical model of cosmic ray transport
该研究将扩散激波加速理论推广至非经典输运，考虑Lévy飞行和陷阱，推导出能谱指数公式，统一了正常、次和超扩散情形。
2025-10-07 astro-ph.HE
Method for testing diffusive shock acceleration and diffusion propagation of 1-100 TeV cosmic electrons with multiwavelength observations of the Geminga halo and pulsar wind nebula
Institute of High Energy Physics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院高能物理研究所）；University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学）；Tianfu Cosmic Ray Research Center（天府宇宙线研究中心）；Beijing Planetarium（北京天文馆）；Beijing Academy of Science and Technology（北京市科学技术研究院）；The School of Physical Science and Technology, Southwest Jiaotong University（西南交通大学物理科学与技术学院）
通过Geminga环和脉冲星风云的多波段观测数据，研究1-100 TeV范围内宇宙电子的扩散冲击加速和扩散传播理论，并验证其在高能范围内的适用性。
2026-05-17 astro-ph.HE
Diffusive Shock Acceleration and Turbulent Reconnection
如果激波附近不存在自洽产生的或预先存在的强湍流（$ δB/B \sim 1 $），扩散激波加速（DSA）就不能有效地加速粒子。我们在这篇文章中解决的问题是：如果大振幅的磁扰动存在的上游和下游的冲击，然后湍流重联（TR）将设置，并将不仅参与粒子的弹性散射，但也在他们的加热和加速。我们证明了在激波附近的强湍流中自发形成的大幅度磁扰动和不稳定电流片（UCS）可以在{ \bf大尺度系统和长时间尺度}中像DSA一样有效地加速粒子。我们开始我们的分析与“弹性”散射体的上游和下游，并估计从冲击逃逸粒子的能量分布，恢复众所周知的结果从DSA理论。接下来，我们分析了额外的相互作用的粒子与活跃的散射体（磁扰动和UCS）的上游和下游的冲击。我们发现，由DSA/TR加速的粒子的渐近能量分布具有非常相似的特性，由于DSA单独的，但DSA与TR的协同作用是更有效的：加速时间是一个数量级短，最大能量达到两个数量级高。我们认为，在TR建立之前的短时间内，DSA是占主导地位的加速机制，然后强湍流将主导粒子的加热和加速。换句话说，激波是建立强湍流环境的机制，其中加速机制最终将是DSA和TR的协同作用。
2018-05-14 astro-ph.HE
Diffusive shock acceleration at oblique high Mach number shocks
目前宇宙线起源理论认为，银河系中的大部分宇宙线是由超新星遗迹产生的。超新星爆发后，超新星喷出物与星际介质相互作用产生激波，通过扩散激波加速（DSA）实现CR加速。我们使用粒子模拟和PIC-磁流体动力学（PIC-MHD）相结合的技术来研究DSA是否可以发生在斜高马赫数激波。使用PIC方法，我们跟踪激波的形成，并确定参与DSA的粒子的分数。在此基础上，利用PIC MHD模拟等离子体的大尺度结构和激波周围的磁场，研究反射粒子是否能产生上游湍流并触发DSA。我们发现，在斜激波中，DSA过程的可行性强烈地依赖于Alfvenic马赫数，并且DSA过程更可能在高马赫数激波中触发。
2022-03-04 astro-ph.HE physics.space-ph
Individual particle approach to the diffusive shock acceleration. Effect of the non-uniform flow velocity downstream of the shock
本研究针对激波下游流速非均匀的问题，结合Bell方法与动力学方程求解，得到宇宙线修正激波中粒子动量分布的解析解，揭示下游流速梯度对不同演化阶段超新星遗迹粒子谱的影响及相关观测解释。
2024-04-26 astro-ph.HE
Ultra-high Energy Cosmic Rays and Neutrinos from Gamma-Ray Bursts, Hypernovae and Galactic Shocks
我回顾伽马射线暴模型（GRB）和观测，并讨论了可能产生的超高能宇宙射线和中微子的标准内部冲击模型和新一代的光球和强子GRB模型，在目前的限制IceCube，俄歇和TA观测。然后，我讨论的模型，已被提出来解释最近的天体物理学PeV中微子观测，包括恒星形成和星爆星系，超新星和星系吸积和合并冲击。
2014-07-21 astro-ph.HE
Speed-dependent Threshold for Electron Injection into Diffusive Shock Acceleration
本研究通过第一性原理动力学模拟和电子轨迹分析，提出电子注入 DSA 的速度阈值判据，并用最小模型再现非热能谱。
2025-06-10 astro-ph.HE physics.plasm-ph
External Shock in a Multi-Bursting Gamma-ray Burst: Energy Injection Phase induced by the Later Launched Ejecta
伽马射线暴（GRB）的中心发动机可能是间歇性的，并发射几个事件的喷出物分开了一个很长的静止间隔。在这种情况下，由于第一次发射的喷出物传播到环爆介质中而形成外部冲击，并且随后发射的喷出物可能在后期与外部冲击相互作用。由于内部耗散，可以在稍后的时间观测到较晚发射的喷出物（$t_{\rm{jet}}$）。本文研究了$t_{\rm{b}}$与$t_{\rm{jet}}$的关系，其中$t_{\rm{b}}$是后来发射的喷出物与形成的外激波的碰撞时间。发现$t_{\rm{b}}$和$t_{\rm{jet}}$的关系取决于后发射的喷出物的体洛伦兹因子（$Γ_{\rm{jet}}$）和环爆介质的密度（$ρ$）。如果$Γ_{\rm{jet}}$或$ρ$的值较低，则$t_{\rm{b}}$将显著大于$t_{\rm{jet}}$。但是，如果$Γ_{\rm{jet}}$或$ρ$的值非常大，则可以找到$t_{\rm{b}}\sim t_{\rm{jet}}$。我们的结果可以解释伽玛暴中光辐射相对于$γ$ -射线/X-射线辐射的大滞后，例如，GRB~111209A。对于有前兆的伽玛暴，我们的结果表明，能量注入到外部冲击，因此可能会出现一个以上的外部反向冲击在主要的即时发射阶段。根据我们的模型，我们估算了GRB~ 160625 B中第二次发射的喷出物的洛伦兹因子。
2017-12-04 astro-ph.HE
A Hierarchical Framework for explaining the Cosmic Ray Spectrum using Diffusive Shock Acceleration
本文提出一个分层扩散激波加速框架，用超新星遗迹、银河风终止激波和星系际吸积激波逐级加速解释从GeV到百EeV的整个宇宙线能谱，并给出关于成分和观测效应的预言。
2023-09-17 astro-ph.HE
Diffusive shock acceleration and magnetic field amplification
扩散激波加速是粒子通过多个激波交叉点加速的理论。为了使这一过程以一个可以与激波附近高能电子的观测相协调的速率进行，并且为了使宇宙射线质子被加速到高达观测到的银河值的能量，需要显著的磁场放大。在这篇综述中，我们将讨论各种理论如何磁场放大可以进行宇宙线人口的存在。在短尺度和长尺度上，宇宙射线流都可以引起不稳定性，从而放大磁场。本文件的主要重点是过去十年来这一领域的发展情况。
2012-03-07 astro-ph.GA astro-ph.HE
Radio precursors of monster shocks: a mechanism for fast radio bursts from SGR 1935+2154
Columbia University（哥伦比亚大学）；Max Planck Institute for Astrophysics（马克斯·普朗克天体物理学研究所）
本文提出活跃磁星中的千赫兹扰动演化为怪物辐射激波，产生X射线和半相干射电前兆，通过自调节机制解释GHz射电暴的频率、能量和毫秒时延，并与SGR 1935+2154观测相符。
2026-06-08 astro-ph.HE
Diffusive shock acceleration at EeV and associated multimessenger flux from ultra-fast outflows driven by Active Galactic Nuclei
本文研究活动星系核超快外流终止激波处的扩散激波加速，发现其可将质子加速至EeV能标并有效产生高能中微子，提出UFOs可能是超高能宇宙线和弥散中微子的重要来源。
2023-09-22 astro-ph.HE
Diffusive Shock Acceleration at Cosmological Shock Waves
我们重新审视非线性扩散冲击加速（DSA）在宇宙的大尺度结构的宇宙学冲击，纳入波粒子相互作用，预计在碰撞冲击。采用宇宙线（CR）流动不稳定性和阿尔芬漂移引起的磁场放大（MFA）的简单唯象模型，对大范围的音速和阿尔芬马赫数进行了动力学DSA模拟，并对CR注入率和加速效率进行了评估。在我们的DSA模型中，CR加速效率主要取决于音速马赫数Ms，而MFA因子则取决于Alfven马赫数和CR对激波的修正程度。结果表明，在强CR修正激波下，如果散射中心在放大磁场中以有效Alfven速度漂移，CR能谱变陡，加速效率显著降低.结果，对于Ms>~ 10的强地震，震后CR压力大约在冲击压力的~ 20%处饱和.在试验粒子区（Ms<~ 3），虽然在低马赫数冲击下的相关等离子体物理过程仍然很不确定，但预计磁场不会被放大，阿尔芬漂移效应也不显著。
2012-12-13 astro-ph.CO astro-ph.HE
Precise Measurements of Self-absorbed Rising Reverse Shock Emission from Gamma-ray Burst 221009A
本研究通过对GRB 221009A的快速射电后续观测，以前所未有的精度解析反向激波的光厚上升成分，约束了喷流外流参数并预测了反向激波峰值频率位置，弥补了早期射电观测的不足。
2025-10-29 astro-ph.HE
Particle acceleration in a shock wave propagating to an inhomogeneous medium
我们用蒙特卡罗模拟研究了上游密度起伏对扩散激波加速的影响。模拟结果表明，粒子在激波下游区域被激波前沿产生的声波再加速。估算了声波加速湍流的时间尺度。我们提出了一种新的粒子在激波阵面周围加速的反作用。被加速的粒子通过德鲁里不稳定性产生上游的密度波动，该波动通过激波被转换成下游的声波。下游的声波改变了在激波阵面周围加速的粒子的动量谱。这种新的反作用影响了被加速粒子的发射，这对扩散激波加速的加速效率给出了新的约束。
2020-05-25 astro-ph.HE
Non-linear diffusive shock acceleration: A recipe for injection of electrons
在宇宙射线天体物理学的许多实际考虑中，特别是在天体物理源的同步辐射建模中，需要对电子注入扩散激波加速过程进行规定。在准平行磁化无碰撞激波的粒子模拟中，我们分析了粒子谱的演化。我们发现，在冲击演化的后期阶段，最初强大的超热离子光谱的一部分褪色，从而离开的频谱组成的麦克斯韦和幂律。一旦电子和离子光谱变平并变得平行，我们发现宇宙射线离子和电子的数量变得相似。我们通过将这种注入规则应用于Blasi的非线性扩散冲击加速的半分析模型，从而使微观和宏观尺度物理学相关联，以获得高能下的粒子谱和电子质子比$K_{\mathrm{ep}}$。通过使用包括电子加热的激波跳跃条件，我们发现$K_{\mathrm{ep}}$是马赫数的函数。对于马赫数$\sim$ 100，我们的模型精细地再现了在测试粒子制度中典型观察到的银河宇宙射线比$K_{\mathrm{ep}} \sim$ 1：100。
2020-12-30 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Estimates of Reverse Shock Emission from Short Gamma-ray Bursts
我们调查预期的无线电发射短伽玛暴的反向冲击，使用余辉参数来自观测到的短伽玛暴光变曲线。鉴于最近的研究结果表明，在某些情况下，无线电余辉是由于发射的反向冲击波，我们研究在何种程度上这一组成部分是可检测的短伽玛射线暴。在一些伽玛暴中，标准的同步辐射激波模型预测，当没有观测到反向激波时，可以从反向激波中探测到无线电辐射。由于许多物理参数在这些估计中发挥作用，我们的研究结果突出了需要更深入地探索伽玛射线暴粒子加速和发射的基本过程。然而，通过更快速的跟踪，我们可以测试我们的伽玛暴标准模型，它在许多情况下预测了早期的射电明亮的反向冲击。
2018-11-01 astro-ph.HE
A morphological analysis of gamma-ray burst early optical afterglows
在伽玛射线暴余辉的外激波模型框架内，我们对早期光学光变曲线进行了形态学分析，以直接约束模型参数。我们定义了四种形态类型，即反向冲击为主的情况下，有/没有出现的前向冲击峰（I型/II型），和前向冲击为主的情况下，没有/有$ν_m$交叉带（III型/IV型）。我们系统地研究了所有在500 s之前有光学探测的雨燕伽玛暴，发现了3/63的I型暴（4.8%）、12/63的II型暴（19.0%）、30/63的III型暴（47.6%）、8/63的IV型暴（12.7%）和10/63的III/IV型暴（15.9%）。我们进行蒙特卡罗模拟，以约束模型参数，以重现的意见。我们发现前向激波的磁均分参数（$ε_B^f$）的有利值在$10^{-6}$到$10^{-2}$之间，而$ε_B$的正反比（$R_B$）约为100。优选的电子均分参数$ε_e^{r,f}$值为0.01，其小于通常假定的值，例如，0.1.如果在瞬时发射阶段（在内部冲击中）的$ε_e$很大（比如说，$\sim 0.1$），这可以减轻内部冲击模型的所谓“效率问题”.优选的$R_B$值与以前的工作中的结果一致，表明伽玛暴的中等磁化重子喷流。
2015-07-05 astro-ph.HE
Detection of gamma rays around SNR HB9 and its implication to the diffusive shock-acceleration history
我们分析了\textit{Fermi} -LAT 12年观测中超新星遗迹（SNR）HB 9（G160.9+2.6）附近的GeV γ射线发射数据，以量化SNR中扩散激波加速度（DSA）的演变。在HB 9附近，有分子云，其位置与视线中的SNR壳层不一致。我们检测到显着的伽马射线发射1 GeV以上的空间符合两个突出的云区，以及从SNR壳的发射，后者是与以前的研究结果相一致。每个区的1~GeV以上能谱用简单的幂律函数$dN/dE \propto E^{-Γ}$拟合。拟合结果表明，与SNR壳层的$Γ$ = $2.55 \pm 0.10$相比，具有幂律指数$Γ$ = $1.84 \pm 0.18$和$1.84 \pm 0.14$的谱更硬。从云区观察到的光谱与理论上预期的伽马射线发射是一致的，这些伽马射线发射起源于从SNR HB 9逃逸的质子，在那里粒子可以被加速到比目前壳层更高的能量。所得的扩散系数在附近的SNR是可比的银河系的平均值。
2022-03-07 astro-ph.HE
Is GeV Emission from Gamma-Ray Bursts of External Shock Origin?
费米大天区望远镜（LAT）最近对伽马射线暴（GRB）的观测揭示了高能辐射（100 MeV以上）的幂律衰减特征，这导致了它起源于（可能是辐射性的）外部冲击的建议。我们分析了Fermi LAT和伽马射线暴监测仪（GBM）联合探测到的4个伽玛暴（080916 C、090510、090902 B和090926 A），它们在两个仪器能带都具有高质量的光变曲线。使用MeV瞬时排放（GBM）数据，我们可以记录中央发动机输出的能量随时间的变化。假设一个恒定的辐射效率，我们能够跟踪能量积累的外部冲击，使用我们的内部/外部壳模型代码。通过求解绝热和辐射爆炸波的早期演化，我们计算了LAT波段的高能发射光变曲线，并将其与每次爆炸的观测结果进行了比较。T90以后的后期LAT光变曲线可以很好地拟合。然而，由于连续的能量注入到爆炸波在即时发射阶段，早期的外部冲击发射不能解释所观察到的GeV通量水平。在瞬发阶段（T90之前）的高能量发射很可能是一个逐渐增强的外部冲击分量和一个主导的发射分量，是一个内部的起源的叠加。
2010-12-30 astro-ph.HE
