Particle Acceleration in Relativistic Magnetized Collisionless Pair Shocks: Dependence of Shock Acceleration on Magnetic Obliquity
利用2.5维和3维粒子模拟方法研究了相对论磁化无碰撞对激波的激波结构和粒子加速。我们探讨了冲击前磁场和冲击法线之间的倾斜角度范围。我们发现，只有磁倾角对应的“亚光速”冲击，其中相对论粒子的磁场后，可以逃脱前面的冲击，导致粒子加速。在这种冲击的下游频谱包括一个相对论麦克斯韦和高能量幂律尾指数截止。随着磁倾角在亚光速范围内的增加，高能尾所占的粒子比例（从~1%到~2%）和能量（从~4%到~12%）都在增加。幂律的谱指数随角度从-2.8+-0.1增加到-2.3+-0.1。对于几乎平行的激波，粒子加速由扩散激波加速过程驱动，对于较大的亚光速倾角，粒子加速切换到激波漂移加速。对于“超光速”激波，下游粒子谱没有显示出任何明显的超热尾。从上游坐标系可以看出，相对论性（洛伦兹因子gamma 0> 5）磁化（sigma > 0.03）流中的有效加速只存在于很小的磁倾角范围内（< 34/gamma 0度），因此相对论性天体物理对激波必须要么接近平行，要么弱磁化，以产生非热粒子。这些发现限制了AGN喷流、脉冲星风星云和伽马射线暴的模型，这些模型在相对论磁化冲击中引起粒子加速。（节录）
2009-01-19 astro-ph.HE
Energy-conserving, Relativistic Corrections to Strong Shock Propagation
天体物理爆炸伴随着冲击波通过周围介质的传播。根据爆炸中所涉及的质量和能量，冲击波速度$V$可以是非相对论性的（$V \ll c$，其中$c$是光速），超相对论性的（$V \simeq c$）或适度相对论性的（$V \sim few\times 0.1c$）。虽然描述激波传播的流体方程的自相似、能量守恒的解在非相对论性（塞多夫-泰勒爆炸波）和超相对论性（布兰德福德-麦基爆炸波）区域中是已知的，但当流动只有轻度相对论性时，有限的光速违反了尺度不变性和自相似性。通过将相对论项作为流体方程的摄动处理，我们导出了强激波传播的非相对论Sedov-Taylor解的能量守恒修正$\mathcal{O}(V^2/c^2)$。我们表明，相对论性条款修改后的冲击流体的速度，密度，压力，和冲击速度本身，后者受到全球能量守恒的约束。我们推导出了一系列激波后绝热指数$γ$（我们将其设置为激波后气体的固定数）和环境幂律指数$n$的修正值，其中激波进入的环境介质$ρ_{\rm a}$的密度随着球形半径$r$的下降而下降，为$ρ_{\rm a} \propto r^{-n}$。对于Sedov-Taylor爆炸波，终止于接触不连续与发散密度，我们发现，有没有相对论修正的Sedov-Taylor解决方案，同时满足流体方程和能量守恒。这些解对相对论性超新星、伽玛射线暴中超相对论性速度向亚相对论性速度的转变以及其他高能现象…
2019-05-28 astro-ph.HE
Particle transport and heating in the microturbulent precursor of relativistic shocks
无碰撞相对论激波是近年来理论和数值研究的热点。粒子加速、电磁微湍流的产生和激波阵面的形成是相对论无碰撞激波的三个相互关联的基本组成部分。在本文中，我们调查在这方面的两个重要问题：（1）运输的超热粒子在激发的微湍流上游的冲击和其后果的粒子加速;（2）预热传入的背景电子，因为它们交叉的冲击前兆和经验相对论振荡的微湍流电场。我们强调的重要性，相对于背景等离子体和冲击波前的电磁扰动的运动。本文研究了相对论激波前兆中的两种主要不稳定性：平行不稳定性和斜双流不稳定性。最后，我们用我们的结果来讨论的最大加速度在外部冲击的伽马射线暴，我们发现特别是一个最大的同步辐射光子能量的几个GeV的顺序。
2012-12-06 astro-ph.HE
Particle Acceleration in Relativistic Magnetized Collisionless Electron-Ion Shocks
利用2.5维粒子模拟方法研究了相对论磁化无碰撞电子-离子冲击波的结构和粒子加速，离子与电子的质量比m_i/m_e为16 ~ 1000。我们探讨了冲击前磁场和冲击法线之间的倾斜角度范围。在“亚光速”激波中，相对论性粒子可以沿着磁场线在激波之前逃逸，离子通过类似费米的机制被有效地加速。下游离子谱由相对论麦克斯韦和高能幂律尾组成，其中包含约5%的离子和约30%的离子能量。斜率为-2.1。上游的电子以比离子更低的能量进入冲击波，因此它们与场的联系更紧密。因此，只有约1%的入射电子在被平流到下游之前在冲击波处被费米加速，在那里它们占据了陡峭的幂律尾部（斜率为-3.5）。对于“超光速”冲击，相对论粒子不能超越沿场的冲击，自生湍流不足以允许有效的费米加速，离子和电子下游光谱与热分布一致。由于冲击波发射到上游的强烈电磁波，入射电子被加热到与离子均分。因此，有效的电子加热（>15%的上游离子能量）是相对论性电子-离子冲击的普遍属性，但在磁化流中很难实现电子的显著非热加速（>2%的数量，>10%的能量，斜率小于-2.5），并且需要弱磁化冲击（磁化<1 e-3）。这些发现对活动星系核喷流和伽马射线暴的模型提出了重要的限制，这些喷流和伽玛射线暴在相对论磁化电子-离子冲击中引起粒子加速。
2010-08-31 astro-ph.HE
Modeling long GRBs using a single shock with relativistic radiation hydrodynamics
我们探讨了一个单一的相对论冲击，其中的气体动力学与辐射耦合，可以适合长伽玛暴的光变曲线的可能性。为此，我们数值求解一维相对论辐射流体力学方程组与一个单一的初始冲击。我们计算光变曲线由于这个冲击波的速度，气体的不透明度，质量密度和辐射能量的密度方面的演变。我们探讨这些参数的变化如何在光变曲线中提供不同的功能。作为例子，我们包括两个长伽玛暴的拟合。
2016-04-12 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
Monte Carlo Simulations of Nonlinear Particle Acceleration in Parallel Trans-relativistic Shocks
我们提出了一个粒子加速的平行无碰撞激波的蒙特卡罗模拟的结果。我们的模拟，它包含参数化的散射和一个特定的热泄漏注入模型，计算加速粒子之间的反馈的冲击，影响冲击前兆和“平滑”的冲击，和热粒子注入。我们发现，有一个过渡之间的非相对论冲击，其中的加速效率可以非常高，非线性压缩比可以大大大于朗肯-雨果尼奥值，和完全相对论冲击，其中扩散冲击加速效率较低，压缩比保持在朗肯-雨果尼奥值。这种转变发生在反相对论区域，对于我们使用的特定参数，发生在激波洛伦兹因子= 1.5附近。我们还发现，非线性冲击平滑大大降低了加速效率假定发生在超相对论冲击的大角度散射。我们能够无缝地处理从超相对论性到反相对论性到非相对论性冲击的转变，这对于演化相对论性系统（如伽马射线暴和Ibc型超新星）可能很重要。我们预计，冲击加速谱的实质性演变，在这个过渡期间，从软早期硬得多时，冲击波冲击成为非相对论。
2013-08-23 astro-ph.HE physics.space-ph
Relating quasi-stationary one zone emission models to expanding relativistic shocks
对于膨胀球形相对论激波，导出了下游发射区参数与远距离观测量之间的关系。这些关系制定无量纲有效系数与不言自明的尺寸估计相结合。我们的计算考虑到冲击波的洛伦兹因子，几何延迟由于冲击波的前曲率的演变，和角度的频率和亮度的洛伦兹提升的依赖。这些关系主要是为伽马射线暴余辉研究中的应用而设计的，尽管它们可能有更广泛的用途。
2022-11-14 astro-ph.HE
Interaction of a Relativistic Magnetized Collisionless Shock with a Dense Clump
相对论性磁化无碰撞激波与致密团块之间的相互作用被认为对磁场放大和宇宙线加速起着至关重要的作用。我们调查这个过程中的二维粒子在细胞（PIC）模拟的第一次，其中的团块的大小是远远大于下游颗粒的回旋半径。我们还进行了相对论磁流体动力学（MHD）模拟相同的条件下看到的动力学效应。我们发现粒子在PIC模拟中沿着磁场线从激波团中逃逸，因此涡量比MHD模拟中的低。此外，在PIC和MHD模拟中，由于相对论效应，受冲击的块体迅速减速。在相对论无碰撞激波中，由于逃逸和减速，激波团不能放大下游磁场。这种大规模的PIC模拟为理解无碰撞等离子体系统中的大尺度行为打开了一扇新的窗口。
2022-08-15 astro-ph.HE
Cavitation instability in unmagnetized relativistic pair shocks
Ben-Gurion University（本-古里安大学）
该研究揭示了未磁化相对论电子等离子体激波中空洞不稳定性形成机制，通过非线性Weibel不稳定性解释其产生，并探讨其在天体激波中宏观磁场形成中的作用。
2025-11-01 astro-ph.HE
Relativistic oblique shocks with ordered or random magnetic fields: tangential field governs
相对论性磁流体动力学激波是一种有效的粒子加速器，常用于伽马射线暴（GRB）和激波驱动的快速射电暴（FRB）模型中。大多数的理论研究都假设一个垂直的激波，它有一个垂直于激波法线的有序磁场。然而，在冲击动力GRB/FRB场景中的磁化程度$σ$和磁场几何形状仍然受到观测的限制。类似于与总场强相关联的磁化$σ$，我们定义与切向场分量相关联的切向磁化$σ_\perp$。我们探讨了磁化相对论激波的跳跃条件，无论是具有任意倾角的有序场还是具有任意各向异性的随机场。在这两种情况下，我们发现，相对论冲击的跳跃条件是由切向磁化$σ_\perp$，而不是总磁化$σ$，不敏感的倾角或各向异性的冲击前磁场。在这项工作中开发的近似解析解可以作为一个快速检查的数值模拟和应用到理论研究的GRBs/FRBs与更一般的字段几何。
2022-01-07 astro-ph.HE
Simulations and Theory of Ion Injection at Non-relativistic Collisionless Shocks
我们使用动力学混合模拟（动力学离子-流体电子）来表征在非相对论性无碰撞冲击下被加速到非热能的离子的分数。我们调查的冲击不连续性的性质，并表明，几乎沿背景磁场（准平行冲击）重组离子回旋尺度上的准周期性传播的冲击。当不连续性最陡时，撞击激波的离子被镜面反射。这是被注入的必要条件，但还不够。此外，通过以下的反射离子的轨迹，我们计算注入扩散冲击加速所需的最小能量，作为冲击倾角的函数。我们构建了一个极小模型，占准周期激波屏障的离子反射，注入离子的分数，并在整个过渡从热到非热能的离子光谱。这个模型捕获的物理相关的离子注入在非相对论性天体物理冲击与任意强度和磁倾角，并代表了一个关键的成分，了解扩散冲击加速的宇宙射线。
2014-12-04 astro-ph.HE
The Peak Frequency and Luminosity of Synchrotron Emitting Shocks: from Non-Relativistic to Ultra-Relativistic Explosions
本文提出一个修正的同步辐射激波框架，考虑相对论效应和热电子，适用于非相对论到超相对论爆炸，发现传统框架高估高速激波参数，并得出与观测一致的峰值光度上限。
2024-11-12 astro-ph.HE
Electron acceleration in non-relativistic quasi-perpendicular collisionless shocks
利用自洽的一维粒子模拟方法研究了非相对论准垂直激波中电子的扩散激波加速。通过探索音速和Alfvénic马赫数的参数空间，我们发现，高马赫数准垂直冲击可以有效地加速电子到幂律下游谱与DSA预测的斜率一致。电子在激波处被磁镜反射，并在上游驱动非共振波。反射的电子被困在冲击波阵面和上游波之间，并在注入DSA之前经历多个冲击漂移加速循环。强电流驱动的波也暂时改变了冲击波的速度，并导致温和的质子预加速，即使在准垂直冲击，否则不会加速质子。这些结果可用于理解超新星遗迹和星系团团内介质的非热辐射。
2020-07-02 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
Relativistic Electron Shock Drift Acceleration in Low Mach Number Galaxy Cluster Shocks
本文研究了低马赫数无碰撞激波中电子激波漂移加速的极端情况，作为星系团中大尺度激波中相对论电子初始加速的合理机制，其中上游等离子体温度为10 keV量级，磁化程度不太小。一维电磁全粒子模拟结果表明，即使冲击波相当温和，一部分热入射电子也会通过相对论冲击波漂移加速而被加速和反射，并在冲击波上游形成局部非热粒子群。被加速的电子可以自产生局部相干波，并进一步被这些波向激波反向散射。这可能是一个场景的第一阶段的电子冲击加速发生在大规模的冲击，在星系团，如CIZA J2242.8+5301具有明确的无线电遗迹。
2011-09-01 astro-ph.GA astro-ph.HE
Sub-Photospheric Emission from Relativistic Radiation Mediated Shocks in GRBs
有人建议，在爆发中观察到的即时发射，表现出热成分起源于相对论辐射介导的冲击，形成下面的光球的伽玛射线暴外流。有人认为，这种冲击预计将形成在发光的爆发通过碰撞的壳层，传播与温和的洛伦兹因子$Γ\lesssim 500$。更快的壳层将在光球层上方碰撞，形成无碰撞冲击。我们证明，在事件GRB 090902 B的爆炸能量的相当大的一部分是消散在光球层以下，在一个区域的中等光学深度$τ\lesssim300$，而在GRB 080916 C的能量消散的主要部分以上的光球层。我们表明，在许多伽玛暴预期的条件下，这种相对论辐射介导的冲击对流足够的辐射上游，使光子生产的冲击过渡可以忽略不计，不像在超新星的冲击爆发的情况下。由此产生的光谱，在冲击框架中测量，有一个相对较低的热峰，其次是一个广泛的，非热的组成部分延伸到KN限制。
2011-01-21 astro-ph.HE
Plasma kinetic effects in relativistic radiation mediated shocks
在光学厚介质中形成的快速激波由康普顿散射和相对论性的电子对产生介导。由于辐射力主要作用在电子和正电子上，问题就产生了，辐射力如何传递给作为冲击能量主要载体的离子。人们普遍认为，由辐射力引起的小的电荷分离在使离子减速的冲击内产生电场。在本文中，我们认为，虽然这是真的，在亚相对论冲击是没有正电子，在相对论辐射介导的冲击（RRMS），这是由新创建的$e^+e^-$对为主，需要额外的耦合，由于相反的电力作用于电子和正电子。具体而言，我们表明，耗散的离子能量必须涉及集体等离子体相互作用。通过构建一个多流体模型的RRMS，包括摩擦力，我们估计，电子和正电子（和/或离子）之间的动量转移通过集体相互作用的尺度上的几十到几千质子集肤深度，这取决于摩擦是否是有效的，只有对之间的$e^+e^-$或对和离子，是足以耦合到一个单一的流体内的冲击的所有粒子和辐射。这就留下了一个问题，即相对论RMS粒子是否可以通过散射等离子体湍流而有效地加速到高能量。这种加速可能对相对论冲击爆发信号产生重要影响。
2020-09-22 astro-ph.HE
Monte-Carlo simulations of relativistic radiation mediated shocks: II. photon starved regime
辐射介导的冲击（RMS）在塑造许多瞬态中观察到的早期发射中起着关键作用。在大多数情况下，例如，在超新星、11GRB和中子星合并的激波爆发中，上游等离子体没有辐射，最终到达观察者的光子主要在激波的内部和下游产生。预测所观察到的光谱需要详细的计算的冲击结构和热力学状态，适当的冲击微观物理。我们提出的光子饥饿RMS的自洽蒙特卡罗模拟的结果，产生的冲击波的结构和发射范围很广的冲击波速度，从次相对论（$β_{sh} = 0.1$）高度相对论（$Γ_{sh} = 20$）。我们的模拟证实，在相对论RMS的直接下游温度调节指数对创建，范围从$50$千电子伏在$β_{sh}=0.5$ $200$千电子伏在$Γ_{sh}=20$。在较低的速度下，温度变得对激波速度敏感，$kT\sim 0.5$ keV在$β_{sh}=0.1$。我们还证实，在相对论冲击的不透明度是完全占主导地位的新创建的对，这对突破物理学具有重要意义。我们发现到对优势的转变大致发生在$β_{sh}=0.5$。在所有检查的情况下，已经发现低于$νF_ν$峰的光谱比普朗克分布软得多。这对快速和相对论爆发中的光发射及其探测具有重要意义。讨论了GRB 060218和GRB 170817A的应用。
2019-12-19 astro-ph.HE
Preferential Positron Acceleration in Relativistic Magnetized Electron-Positron-Ion Shocks
Graduate School of Science and Engineering, Chiba University（千叶大学理工学研究科）；Institute for Advanced Academic Research, Chiba University（千叶大学高等学术研究院）
本研究通过模拟揭示了相对论磁化激波中正子的偏好性加速机制，表明超相对论激波是脉冲星风中高能正子过剩的主要来源。
2026-02-24 astro-ph.HE
Particle acceleration and magnetic field amplification by relativistic shocks in inhomogeneous media
本文利用三维MHD和测试粒子模拟，发现非均匀介质中相对论激波与致密团块相互作用放大磁场，且上游密度涨落使低能粒子先经下游湍流加速至注入能量，再被激波迅速加速至高能，显著影响粒子加速过程。
2024-05-24 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Collisionless shock in a relativistically hot unmagnetized electron-positron plasma
本文研究相对论性热未磁化电子-正电子等离子体中的无碰撞激波，发现其耗散足以解释伽马射线暴，并基于下游磁场慢衰减特性提出大范围磁场产生模型。
2024-10-18 astro-ph.HE
A New Time-Dependent Finite Difference Method for Relativistic Shock Acceleration
本文提出了一种新的方法来计算相对论激波的粒子分布函数，包括同步辐射损失。一个稳定的，连续的，一维的等离子体流被认为是模型厚（修改）的冲击，导致在三维加时间的计算，前三个是动量，俯仰角和位置。该方法准确地再现了上游流速范围从0.1 c到0.995 c（1 < Γ< 10）的激波处动量的预期幂律行为。它还再现了近似的分析结果的同步截止形状的非相对论冲击，表明损失过程是准确的。该算法已被实现为一个混合的OpenMP-MPI并行算法，以有效地利用SMP集群体系结构和规模以及高达数百个CPU。
2011-11-24 astro-ph.HE
Efficiency of internal shocks in magnetized relativistic jets
我们研究了相对论磁化外流中内激波将动能转换为热能/磁能的动力学和辐射效率。对大量圆柱壳碰撞问题进行了参数研究。我们探索了在保持总流量亮度恒定的同时，可变流体磁化如何影响效率，并发现轻度磁化喷流中壳层的相互作用比非磁化流产生更高的动态效率，但辐射效率较低。假设相对论粒子在内部激波加速，计算了不同壳层磁化的多波长辐射特征。
2011-11-15 astro-ph.HE
Kinetic Simulations of Particle Acceleration in Relativistic Perpendicular Electron-positron Shocks with Proton Admixture
Kunming University（昆明理工大学）；Yunnan University（云南大学）
本研究通过二维PIC模拟发现，含5%质子掺杂的相对论垂直电子-正电子激波中，质子驱动电磁波的偏振特性使正电子加速到质子能级并形成硬非热谱，而电子能量较低，揭示了等离子体成分对天体物理激波粒子加速的关键作用。
2025-10-01 astro-ph.HE
On the maximum energy of shock-accelerated cosmic rays at ultra-relativistic shocks
本文研究了宇宙射线在弱磁化超相对论冲击波中的最大加速能量。我们表明，对于这样的冲击，其中的高能粒子的散射介导的离子集肤深度尺度结构，可以预期的韦伯介导的冲击，有一个内在的限制，粒子可以被加速的最大能量。这个最大能量是由粒子在下游等离子体框架中必须各向同性的要求确定的，在平均场将它们输送到下游很远的地方之前，这个最大能量大大低于产生超高能量宇宙射线所需的能量。为了绕过这个限制，需要在更大的尺度上有一个高度无序的场。宇宙射线引起的波长上的不稳定性的增长远远长于离子等离子体趋肤深度，上游和下游的冲击，被认为是。虽然这些不稳定性可能在相对论冲击的磁场放大中发挥重要作用，但在与最高能粒子的回旋半径相当的尺度上，计算出的增长率没有足够的时间来修改散射。由于强修正是下游区域粒子重新穿过激波的必要条件，在没有替代散射机制的情况下，这些结果意味着排除了加速到更高能量的可能性。如果弱磁化的超相对论激波一般不被认为是高能粒子加速器，那么寻找超高能宇宙射线的潜在来源就可以缩小。
2014-01-30 astro-ph.HE
Physical Parameters Of The Relativistic Shock Waves In GRBs: The Case Of 30 GRBs
用修正的内激波模型拟合了BATSE观测到的30个伽马射线暴的光谱曲线。从最佳拟合，我们得到的相对论壳的基本参数是在较好的协议与先前给出的预测。我们比较测量的GRB参数与从模型中获得的参数，并讨论它们之间的连接的框架中的物理过程背后的GRB事件。
2012-01-23 astro-ph.HE
Physics of relativistic shocks
相对论性冲击通常被认为发生在剧烈的天体物理爆炸中。这些无碰撞冲击是由等离子体动力流不稳定性介导的，通常被称为韦伯不稳定性，它非常有效地“从头开始”产生强磁场。在这篇评论文章中，我们讨论了冲击微观物理，并提出了一个最近的模型，“预处理”的最初未磁化的上游地区通过宇宙射线驱动的韦伯型不稳定性。
2009-09-17 astro-ph.CO astro-ph.HE
Blast waves and reverse shocks: from ultra-relativistic GRBs to moderately relativistic X-ray binaries
本文重新研究了超相对论伽马射线暴与中等相对论X射线双星中冲击波和反向激波的物理异同，发现X射线双星及离轴伽马射线暴中反向激波持续时间显著更长，并提出其反向激波特征可独立约束抛射物洛伦兹因子。
2025-04-10 astro-ph.HE
Study of relativistic accretion flow around KTN black hole with shocks
本文给出了Kerr-Taub-NUT（KTN）黑洞在激波存在和不存在情况下低角动量、无粘、平流吸积流的整体解。这些解是通过求解KTN时空中描述相对论性吸积流的控制方程得到的，该吸积流由Kerr参数（$a_{\rm k}$）和NUT参数（$n$）表征.在吸积过程中，旋转流遇到离心障碍，在满足相对论激波条件的情况下，离心障碍最终触发不连续激波转捩。实际上，激波吸积解的可行性似乎比无激波解更普遍，因为前者在盘的内边缘具有高熵含量。由于冲击压缩，冲击后流（相当于冲击后电晕，下文称为PSC）变得热和致密，并且因此可以在通过逆康普顿化对来自冲击前流的软光子进行再处理之后产生高能辐射。在一般情况下，PSC的特点是由冲击的性质，即冲击位置（$r_s$），压缩比（$R$）和冲击强度（$S$），我们检查它们的依赖关系的能量（${\cal E}$）和角动量（$λ$）的流量以及黑洞参数。我们确定的有效域的参数空间中的$λ-{\cal E}$平面的冲击和观察，冲击继续形成广泛的流动参数。我们还发现，$a_{\rm k}$和$n$在决定激波性质和激波参数空间时起相反的作用。最后，我们计算的光盘光度（$L$）考虑自由的排放量，并观察到吸积流包含冲击更明亮的冲击自由的解决方案相比。
2022-08-27 astro-ph.HE
Kinetic simulations of mildly relativistic shocks I: particle acceleration in high Mach number shocks
我们使用完全动力学的粒子在细胞中的模拟与前所未有的大的横向盒的大小来研究粒子加速弱磁化温和相对论性的冲击，在速度$\approx 0.75c$和马赫数为15。我们研究了亚光速（准平行）和超光速（准垂直）的磁场方向。我们发现，准平行冲击介导的非热离子驱动的非共振（贝尔）不稳定性，产生的尺度上的磁波动的离子回旋半径。在准平行冲击中，电子和离子都被加速到非热幂律，其最大能量随时间线性增长。电子的上游加热很小，两种物质进入激波阵面时处于大致的热平衡。冲击波的结构很复杂，反射的非热离子流抽空了上游的空腔，这些空腔一旦平流到下游就形成了放大的磁场细丝。在后期，冲击波能量的$10\%$进入非热质子，而$\gtrsim10\%$进入磁场。我们发现，适当地捕获由非热离子驱动的磁湍流是重要的，正确地测量非热电子的能量分数，$ε_e$。我们发现$ε_e\sim 5\times10^{-4}$准平行冲击与$v=0.75c$，略大于在非相对论冲击模拟测量。在准垂直冲击中，离子或电子中不存在非热幂律。准平行激波中的离子加速效率表明，可能存在轻度相对论性准平行激波的天体-例如，活动星系核或微类星体的喷流-可能是宇宙射线及其次级辐射（如伽马射线和中微子）的重要来源。
2018-09-28 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
Towards understanding the physics of collisionless relativistic shocks
相对论性天体物理学无碰撞激波是相对论性外流巨大能量的主要耗散媒介，这些能量是由吸积黑洞、核坍缩超新星和其他天体产生的，并转化为多信使辐射（宇宙射线、中微子、电磁辐射）。本文提供了一个理论上的讨论，这些极端现象的基本物理成分。在弱磁化冲击的背景下，特别是，它示出了如何的recructiontype不稳定性，这对占主导地位的或电子-离子冲击的前体中发展，提供种子的散射的高能量粒子以及预热和减慢传入的前体等离子体的代理。这一分析讨论完成了一个介观的，非线性模型的粒子加速相对论冲击的基础上蒙特卡罗技术。该蒙特卡罗模型使用粒子散射的半唯象描述，使其能够计算加速粒子在激波结构上的长度和动量尺度上的反向反应，这些尺度目前超出了微观粒子单元（PIC）模拟的范围。
2017-05-16 astro-ph.HE
Relativistic magnetohydrodynamical simulations of the resonant corrugation of a fast shock front
在磁化冲击中产生的湍流及其随后与后者的相互作用是等离子体和高能天体物理学的一个关键问题。本文介绍了二维磁流体动力学模拟的快速冲击波与传入的上游扰动，描述为谐波熵或快磁声波，无论是在相对论和亚相对论制度。我们讨论了如何将扰动传输到下游湍流，我们比较了观测到的小振幅波的响应最近的线性计算。特别是，我们证明了存在的共振响应的振幅时，流出的下游快模式的群速度相匹配的冲击波的速度。我们还提出了模拟大振幅波探测非线性政权。
2018-01-08 astro-ph.HE
A fast current-driven instability in relativistic collisionless shocks
我们在这里报告的快速电流驱动的不稳定性在相对论性无碰撞冲击，引发的超热粒子携带的垂直电流，因为他们周围的背景磁场在冲击前兆回旋。我们表明，这种不稳定性的增长速度比任何其他不稳定性研究到目前为止，在这种情况下，我们认为，它很可能塑造物理的冲击和粒子加速在一个广泛的参数范围。
2014-05-29 astro-ph.HE physics.plasm-ph
General relativistic shocks in connection with neutron stars
天体物理学上的冲击是非常常见的，而且很有趣，因为它们是超新星、开拓者和中子星中粒子加速的原因。在这项工作中，我们研究了广义相对论冲击波的框架前。我们推导出了类空激波和类时激波的跳跃条件和Taub方程。我们在一个中子星系统中求解这些方程，在这个系统中，激波之后是一个燃烧前沿，它将强子物质解压缩为夸克物质。子夸克星（由母中子星燃烧产生）的最大质量与EoS序列的最大质量极限一致。我们发现，在适当的条件下，GR冲击的物质速度可以突破光速极限，表明一个非常快的燃烧过程。此外，物质的速度意味着，对于类空冲击，燃烧过程最有可能是爆燃，而对于类时冲击，燃烧过程是爆炸，甚至可以以超亮的速度进行。
2021-11-29 astro-ph.HE
Mildly relativistic magnetized shocks in electron-ion plasmas I. Electromagnetic shock structure
磁化电子离子等离子体中的温和相对论冲击的研究与二维动力学粒子在细胞模拟前所未有的高分辨率和大规模的条件下，可能会发现在blazar核心的内部冲击。离子尺度效应引起激波表面的波纹，其性质在一定程度上取决于平均垂直磁场的结构，即在模拟平面内或在模拟平面外。我们发现，同步脉泽不稳定性持续操作在温和的相对论冲击与理论预测一致，并产生相干发射的上游传播的电磁波。激波阵面波纹在两种平均场结构中都被激发，并产生有效的波放大。这些波与上游等离子体的相互作用产生静电尾场。
2020-12-16 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Physics and phenomenology of weakly magnetized, relativistic astrophysical shock waves
弱磁化的相对论性无碰撞激波不仅是高能天体物理源中相对论性喷流的自然产物，而且还与通过粒子加速和辐射的能量耗散的一些最突出的表现有关。也许它们最奇特和最令人兴奋的特征是，维持加速过程的磁化湍流，以及（可能）次级辐射本身，是由被加速的粒子本身自激发的，因此这些冲击波的现象学在很大程度上取决于冲击波的微观物理。在这篇评论中，我们绘制了一个状态报告，这种微观物理，基准分析参数与粒子在细胞模拟，并提取直接感兴趣的现象学的后果，特别是关于所谓的微观物理参数中使用的现象学研究。
2020-12-16 astro-ph.HE
Dynamics of Relativistic Shock Waves Subject to a Strong Radiation Drag: Similarity Solutions and Numerical Simulations
我们研究康普顿阻力对相对论冲击波动力学的影响。相似的解决方案描述的辐射支持的冲击得到一定的配置文件的外部辐射强度和密度的unshocked喷出物，并与一维数值模拟的爆炸波扩展到周围介质中包含各向同性种子辐射进行比较。分析模型和数值模拟都表明，在实际条件下，辐射阻力对激波层的动力学和结构有很大的影响。特别是，我们的计算表明显着加强的反向冲击和减弱的前向冲击随着时间的顺序的逆康普顿冷却时间。我们的结论是，辐射阻力的影响，对发射等离子体的演变应影响由此产生的光变曲线，可以想象，在强烈的耀变体耀斑期间观察到的发射光谱。
2017-07-26 astro-ph.HE
Nonthermal radiation from relativistic electrons accelerated at spherically expanding shocks
我们研究了宇宙射线电子在低马赫数的球形膨胀冲击波中加速的能谱的演化以及随后在射电同步辐射中留下的谱特征。与时间相关的模拟扩散冲击加速度（DSA）的电子在测试粒子的限制已被执行的球形冲击与参数相关的典型冲击在集群内介质。在冲击位置的电子和辐射谱可以适当地描述与瞬时冲击参数的测试粒子DSA预测。然而，由于激波压缩比和入射电子通量随时间的变化而逐渐减小，电子和辐射的体积积分谱与试验粒子幂律有较大的偏离，因此，在试验粒子区用简单DSA模型解释观测到的演化激波的射电谱时需要谨慎.
2015-02-07 astro-ph.HE
Particle spectra and efficiency in nonlinear relativistic shock acceleration: survey of scattering models
本文给出了相对论激波形成和费米加速的非线性蒙特卡罗模型中散射平均自由程的一般形式。粒子模拟（PIC）和理论分析表明，相对论激波会产生短尺度的自生磁湍流，导致散射平均自由程（mfp）的动量依赖性比玻姆扩散的mfp ~ p依赖性更强。在未磁化的激波中，这种湍流足够强，可以支配背景磁场，因此无论初始磁场的方向如何，激波都可以被视为平行的，这使得应用于伽马射线暴（GRB）、脉冲星风、Ibc型超新星和河外射电源更加直接和现实。除了改变规模的冲击前兆，我们表明，当有效的费米加速的非线性效应被考虑在内，动量依赖的mfp有一个重要的影响，宇宙射线生产的效率，以及加速粒子的光谱形状。这些效应在非相对论冲击中是不存在的，也不会出现在相对论冲击模型中，除非非线性效应被自洽地描述。我们显示，有限的例子，如何在费米加速的变化转化为质子-质子相互作用和π衰变辐射的γ射线发射的强度和光谱形状的变化。
2015-12-09 astro-ph.HE
The synchrotron maser emission from relativistic magnetized shocks: Dependence on the pre-shock temperature
同步脉泽不稳定性在相对论磁化冲击中产生的电磁前兆波最近被用来解释快速射电暴的相干射电辐射。通过二维粒子模拟，我们研究了相对论正负电子垂直激波中的前驱波的性质，它是激波前磁化强度$σ\gtrsim 1$的函数（即，入射坡印廷通量与粒子能通量的比率）和热扩散$Δγ\equiv kT/mc^2=10^{-5}-10^{-1}$。我们测量的分数$f_ξ$的总传入能量转换成前驱波，计算后冲击帧。在固定的磁化强度下，我们发现$f_ξ$几乎与温度无关，只要$Δγ\lesssim 10^{-1.5}$（从$Δγ=10^{-5}$到$Δγ=10^{-1.5}$只有适度的三分之一的减少），但对于$Δγ\gtrsim 10^{-1}$，它下降了近两个数量级。在固定温度下，磁化$f_ξ\sim 10^{-3}\,σ^{-1}$的标度与我们早期的一维结果是一致的。对于我们的参考$σ=1$，前驱波的功率谱在低温下相对较宽（分数宽度$\sim 1-3$），而对于$10^{-3} \lesssim Δγ\lesssim 10^{-1.5} $，它显示出分数宽度$\sim 0.2$的明显线状特征。对于$σ\gtrsim 1$，根据需要，前驱波在与激波法线（在激波后帧中测量）成$\simeq σ^{-1/2}$角的范围内发射，以便它们能够超过激波。我们的研究结果可以提供物理接地输入FRB发射模型的基础上脉泽发射相对论…
2020-06-04 astro-ph.HE
The Maximum Energy of Accelerated Particles in Relativistic Collisionless Shocks
伽马射线暴（GRB）的余辉辐射通常被解释为电子在GRB外激波处加速产生的同步辐射，以相对论速度传播到磁化的星际介质中。通过多维粒子模拟，我们研究了弱磁化相对论激波在磁化强度0<sigma<1 e-1范围内的加速性能。预冲击磁场是正交的流动，一般预期的相对论冲击。我们发现，当磁化强度σ <1 e-3时，在正负电子等离子体中传播的相对论垂直激波是有效的粒子加速器。对于电子-离子等离子体，对于σ <3e-5，发生向有效加速的转变。在这里，两种物质的加速过程类似，因为电子进入冲击几乎与离子均分，作为在自生上游湍流中的强预热的结果。在电子-正电子和电子-离子冲击中，我们发现被加速粒子的最大能量随时间的变化是t^（1/2）。这种标度比所谓的（和通常假定的）玻姆极限要浅，它自然是由激波层中产生的韦伯湍流的小尺度性质引起的。在磁化的等离子体中，加速粒子的能量增加，直到达到饱和值，该饱和值与磁化强度成比例，为σ ^（-1/4）。由于自生湍流被限制在激波周围一个厚度与σ ^（-1/2）成正比的有限区域内，因此防止了进一步的湍流。我们的研究结果可以提供物理接地输入模型的非热辐射从各种天体物理来源，特别是相关的伽玛暴余辉。
2013-01-22 astro-ph.HE
Dynamical efficiency of collisionless magnetized shocks in relativistic jets
所谓的内激波模型旨在解释起源于耀变体流和伽马射线暴的非热过程所产生的光变曲线和光谱。一个长期存在的问题是，在相对论性流中驱动的微弱的无碰撞冲击是否足够有效，以解释与预期的外流动能相比所观察到的能量。在这项工作中，我们研究了相对论磁化外流的内部冲击的动能转换为热能/磁能的动态效率。我们发现，具有非零相对速度的壳之间的碰撞可以产生两个相反移动的冲击（在接触面处于静止的框架中），或反向冲击和前向稀疏。对于中等磁化强度的冲击波（磁化强度σ ~ 0.1），两壳层相互作用的动力学效率可达40%。因此，中等磁化冲击的动态效率大于相应的未磁化的两壳层相互作用。我们发现，效率仅弱依赖于壳层的洛伦兹因子，因此在耀变体和伽马射线暴的磁化流的内部冲击是近似相等的效率。
2010-12-11 astro-ph.HE
Shock wave structure in astrophysical flows with an account of photon transfer
为了准确处理超新星激波爆发、伽马射线暴和吸积盘等高能天体物理现象中的激波传播，有关辐射转移的知识起着至关重要的作用。本文通过求解辐射转移的玻尔兹曼方程，研究一维狭义相对论辐射流体力学。辐射激波的结构计算了一些激波管的问题，包括强激波，相对论和辐射为主的情况下。计算使用迭代技术，始终解决相对论流体力学和相对论共动辐射转移方程。将辐射转移解与爱丁顿近似解和M1封闭解进行了比较。本文对辐射矩方程进行了定性分析，并对非相对论情况下跳跃间断的存在条件进行了数值研究。
2016-02-29 astro-ph.HE
Non-thermal particle acceleration at highly oblique non-relativistic shocks
利用大尺度粒子模拟方法研究了一维空间中电子和离子在非相对论斜激波作用下的非热加速过程。物理参数的选择突出的作用，电子预热注入和随后的加速粒子在高马赫数冲击。模拟结果表明，早期发病的扩散冲击加速过程中的电子和离子在一个高度倾斜的亚光速冲击的证据。$\lesssim 5\%$的离子加速效率在后期测量，尽管这不是饱和值。
2021-10-19 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Ultra-relativistic double explosions
我们考虑相对论性双爆炸的流体动力学-当一个点爆炸与能量$E_1$，其次是第二次爆炸与能量$E_2$后，时间$t_d$（第二次爆炸可能是在一个长期持续的风的形式）。主爆炸产生了一个自相似的相对论性冲击波，以\Lf \ $Γ_1(t)$传播。具有总能量$E_2 \geq 10^{-2} E_1$的足够强的第二次爆炸在先前被主激波冲击的外部流体中产生快速的第二激波。在比爆炸间隔$t_d$更长的时间，但与第二次冲击在$\sim t_d Γ_1^2$赶上主震的时间相比更短的时间，第二次冲击的结构近似自相似。在外部密度不变的情况下（本例中为$Γ_2 \propto t^{-7/3}$），二次激波存在自相似结构，但在风环境下不存在。在早期，第二次冲击波的\Lf \可能会超过第一次冲击波，并可能将局部加速电子的同步辐射提高到费米LAT范围。
2017-01-23 astro-ph.HE
The precursor structure in relativistic shocks
本研究提出相对论性激波前驱体的统一宏观框架，发现当前驱体携带的下游能量通量达临界值时激波消失、流体过声点且转变不稳定，揭示其与牛顿瑞利流动的相似性及激波结构的剧变机制。
2023-10-06 astro-ph.HE
Self-similar structure of ultra-relativistic magnetized termination shocks and the role of reconnection in long-lasting GRB ouflows
本文研究了磁化风与磁化外介质相互作用产生的超相对论流的双激波结构。接触不连续（CD）是流动中的一个特殊点-密度、动压和磁场在CD上经历跳跃或非解析。为了动态连接外部区域（前向激波流）和内部区域（反向激波流），需要解决接触间断处的流动奇点。在CD上，压力仅通过两侧的磁场传递-CD变成阿尔芬切向不连续。因此，动态放大的磁场导致形成一个狭窄的磁鞘。我们讨论了一种可能性，即粒子发射早期的$X$ -射线余辉，以及费米GeV光子，加速通过磁重联过程中的后反向冲击区，特别是在磁鞘。
2017-05-02 astro-ph.HE
Two-stream-like instability in dilute hot relativistic beams and astrophysical relativistic shocks
相对论无碰撞激波被认为是有效的粒子加速器。非线性结果的相互作用的加速粒子的前面运行的冲击，所谓的“前体”，与未扰动的等离子体的冲击上游，被认为是促进这些粒子的额外加速，并可能修改的流体动力学结构的冲击。本文研究了在非磁化和弱磁化等离子体中传播的相对论激波中，激波上游相互作用中出现的动力学模的线性增长：静电双流平行模和静电斜模。这些模式是特别感兴趣的，因为它们是这种类型的系统中已知的增长最快的模式。使用一个简化的分布函数的稀释超相对论性光束，相对论热在自己的休息框架，但有动量，窄准直在冷上游等离子体的框架，它传播到，我们确定了最快的增长模式在整个$k$空间，并计算其增长率。我们考虑所有类型的等离子体（对和离子电子）和光束（带电和电荷中性）。我们发现，不稳定的静电模式存在于任何类型的等离子体和任何冲击参数。我们进一步发现，两个模式，一个平行（PDMATHAMN）和另一个倾斜（$k_\perp \sim k_\|$），是竞争优势和任何一个可能主导的增长率在不同区域的相空间。主导模式主要由上游坐标系中加速粒子动量的垂直分布决定，它反映了激波的洛伦兹因子。平行模式在具有较低洛伦兹因子的冲击中变得更占主导地位（即，具有较大的动量扩散）。我们简要地讨论了我们的结果可能的影响，在伽马射线暴源的外部冲击。
2011-04-29 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Acceleration of Particles at the Termination Shock of a Relativistic Striped Wind
相对论性旋转的类星体的风由相反磁场极性的环形条纹组成，由热等离子体的电流片隔开。通过二维和三维粒子模拟，我们研究了相对论条纹风终端激波处的粒子加速和磁场耗散。在激波处，气流压缩，交变磁场被驱动的磁重联湮灭。不管条纹波长“lambda”或风磁化强度“sigma”（在磁主导流的状态sigma>>1中）如何，激波驱动的重联将交变场的所有磁能转移到粒子上，其平均洛伦兹因子相对于激波前的值增加了一个sigma因子。激波后谱的形状主要取决于比值λ/（r_L*sigma），其中r_L是风中的相对论拉莫尔半径。随着λ/（r_L*sigma）值的增加，谱变得更宽，从相对论性麦克斯韦到斜率约为-1.5的平坦幂律尾部，由重联电场加速的粒子填充。在接近风的赤道面的地方，条纹是对称的，由磁重联产生的最高能量粒子可以在激波之前逃逸，并被注入到费米加速过程中。在冲击波后谱中，它们占据了斜率约为-2.5的幂律尾，延伸到重联产生的平坦分量之外。我们的研究表明，在脉冲星风星云的无线电和光学波段之间的光谱中断可以是一个自然的结果，粒子加速在条纹脉冲星风的终端冲击。
2011-07-05 astro-ph.HE
Using PIC and PIC-MHD to investigate cosmic ray acceleration in mildly relativistic shocks
本研究针对轻度相对论激波中宇宙射线加速机制问题，结合PIC模拟测定离子注入率，采用PIC-MHD方法建模激波大尺度演化，可实现更大规模更长时长的模拟研究。
2023-08-24 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Numerical study of broadband spectra caused by internal shocks in magnetized relativistic jets of blazars
相对论喷流中的内部激波假设已经被用来解释耀变体外流辐射的变化。最近的模拟表明，磁场改变了这些冲击的动力学，产生了一个完整的光谱能量密度模式动物园。然而，磁化在这种高能发射中所起的作用仍然没有完全理解。借助于\emph{Fermi}的第二个LAT活动星系核目录，我们与$γ$射线波段的观测结果进行了比较，以确定磁场的影响。
2013-09-18 astro-ph.HE
Relativistic Shocks: Particle Acceleration and Magnetization
我们回顾了相对论激波的物理学，它经常被援引为脉冲星风星云（PWNe），伽马射线暴（GRB）和活动星系核（AGN）喷流的非热粒子的来源，并作为超高能宇宙射线的可能来源。我们专注于粒子加速和磁场的产生，并描述了在该领域的理论进步和粒子模拟（PIC）的快速发展的最新进展。在弱磁化或准平行激波中（其中磁场几乎与气流对齐），粒子加速是有效的。被加速的粒子流在冲击波的前面，在那里它们产生强烈的磁波，磁波反过来使粒子在冲击波上来回散射，从而调节它们的加速。相反，在强磁化准垂直冲击，粒子加速和磁场产生的效率被抑制。粒子加速，当有效的，修改周围的冲击波在很长的时间尺度上的湍流，和加速的粒子有一个特征能谱指数~ 2.2的超相对论性的限制。我们讨论了如何将这种新的理解粒子加速和相对论冲击中的磁场产生可以应用到高能天体物理现象，重点是PWNe和GRB余辉。
2015-06-05 astro-ph.HE
