A Systematic Study of the Thermal and Nonthermal Emission in the Supernova Remnant RCW 86 with Suzaku
超新星遗迹（SNRs）中激波的扩散激波加速被广泛认为是银河系宇宙射线的主要来源。然而，目前还不清楚是什么决定了加速粒子的最大能量。周围环境可能是关键参数之一。SNR RCW 86示出了具有不同空间形态的热和非热X射线发射。这些辐射分别来源于激波加热的等离子体和加速的电子，它们的强度反映了它们的密度分布。因此，残余物提供了一个合适的实验室来测试加速效率和环境之间可能的关联。在本文中，我们提出的结果，空间分辨光谱的整个残余与朱雀。的空间分辨光谱很好地再现与同步辐射和两个组件的光学薄的热等离子体，对应于冲击星际介质（ISM）的kT为0.3-0.6 keV和Fe为主的喷出物的幂律的组合。研究发现，非热分量的光子指数随着受冲击ISM的发射测度的减小而减小，而冲击速度一直保持在较高的水平。这一结果意味着，在RCW 86中的加速电子的最大能量在低密度和较高冲击速度区域中较高。
2016-12-05 astro-ph.HE
Particle Acceleration and Nonthermal Emission at the Intrabinary Shock of Spider Pulsars. I: Non-Radiative Simulations
针对蜘蛛脉冲星双星内激波的X射线非热辐射，研究用二维PIC模拟揭示磁条带重联、上游电场及等离子体团随机相互作用对粒子的加速机制，并验证光谱和光变曲线与观测吻合。
2024-04-03 astro-ph.HE
Nonthermal processes and particle acceleration in supernova remnants
本章综述超新星遗迹通过扩散激波加速机制加速带电粒子的过程，探讨其作为银河系宇宙射线主要来源的可能性，并分析X射线与伽马射线观测对粒子加速特性的揭示。
2022-11-14 astro-ph.HE
Radiative signatures of electron-ion shocks in BL Lac type objects
本研究针对BL Lac天体辐射建模常忽略热电子成分的问题，结合PIC模拟的粒子分布模型对Mrk421宽波段辐射建模，约束了激波能量分配、速度等性质，证实激波以高效电子加速的相对论状态运行。
2025-08-25 astro-ph.HE
Nonthermal Acceleration of Electrons, Positrons and Protons at a Nonrelativistic Quasiparallel Collisionless Shock
本文利用一维PIC模拟研究了非相对论准平行无碰撞激波中正电子等粒子的加速机制，发现反射粒子可注入扩散激波加速过程，且正电子因平行电场进一步加速而被优先注入。
2024-05-30 astro-ph.HE
Nonthermal Signatures of Radiative Supernova Remnants
本文提出通过SNR前向激波加速的宇宙线与辐射阶段形成的致密壳层相互作用，预测从射电到γ射线的非热增亮特征，为探测SNR末期壳层形成提供了新的观测手段。
2024-09-04 astro-ph.HE
Nonthermal Radiation from Supernova Remnants: Effects of Magnetic Field Amplification and Particle Escape
通过对磁场放大、Alfven漂移和粒子逃逸的唯象模型进行非线性扩散激波加速（DSA）过程的时变数值模拟，研究了类Ia型SNR爆炸波中波粒相互作用对DSA过程的非线性影响。对于典型的SNR参数的CR质子可以被加速到PeV的能量，只有当该区域的放大场前面的冲击是广泛的，足以包含感兴趣的粒子的扩散长度。即使在阿尔夫文漂移的帮助下，构建SNRs的非线性DSA模型仍然具有一定的挑战性，其中超新星爆炸能量的10%数量级被转换为CR能量，并且在冲击前兆中磁场被放大10倍左右，而同时PeV质子的能谱比E^{-2}更陡。为了探索这些物理效应对观测到的SNR发射的影响，我们还计算了由此产生的无线电到伽马射线光谱。非热辐射谱，特别是X射线和γ射线谱，取决于CR注入过程、磁场放大、粒子逃逸以及激波动力学演化的时间演化。这一结果来自于这样一个事实，即CR谱的高能端由在爆炸波演化的非常早期阶段注入的粒子组成。因此，更好地理解与无碰撞激波相关的等离子体波粒相互作用对于详细模拟SNR的非热辐射至关重要。
2013-08-30 astro-ph.HE
Modeling the shock-cloud interaction in SN 1006: unveiling the origin of nonthermal X-ray and gamma-ray emission
超新星遗迹SN 1006是一个高能粒子源，其西南边缘与密集的环境云相互作用，因此是一个有希望的伽马射线强子发射区域。我们的目标是描述的物理和非热辐射与激波云相互作用，以获得云的物理参数（数据分析约束较差），以确定观测到的空间变化的X射线同步辐射的光谱特性的起源，并预测光谱和形态特征的γ射线发射。我们进行了三维磁流体动力学模拟模拟SN 1006的演变及其与周围云的相互作用，并探索了不同的模型设置。利用REMLIGHT程序对模型结果进行模拟，合成同步辐射X射线辐射，并与实际观测值进行比较，以约束模型参数。我们还合成了轻子和强子的伽马射线发射的模型，推导出的强子的能量含量的限制在西南翼加速。我们发现，SN 1006激波阵面与密度为0.5 cm^-3的均匀云团的碰撞可以解释观测到的形态、X射线同步辐射截止频率的方位角变化以及相互作用区的激波自行。我们的结果表明，在西南翼强子总能量的上限是2.5e49尔格。
2016-06-28 astro-ph.HE
Origin of Nonthermal Emission from the Fermi Bubbles and Mechanisms of Particle Acceleration There
我们分析了费米泡中粒子的加速过程。我们研究的目的是获得加速机制的限制。我们对背景等离子体加速、超新星遗迹发射的相对论电子再加速和银河系中心恒星潮汐破裂过程产生的激波加速这三个过程的分析表明，多激波加速模型目前没有严重的异议，因此似乎我们比其他模型更有吸引力。
2013-11-26 astro-ph.HE
Nonthermal afterglow of the binary neutron star merger GW170817: a more natural modeling of electron energy distribution leads to a qualitatively different new solution
观测到的中子星合并双星GW 170817的非热余辉光谱从射电到X射线都与激波加速电子的同步辐射一致。然而，以前的余辉模拟研究是基于一个简化的假设，即加速效率非常高，即所有的电子在冲击波加速作为一个非热人口。这影响最小电子能量的估计，因此影响余辉光谱的峰值频率$ν_m$。在这里，我们提出了贝叶斯拟合的观测数据与更自然的电子能量分布，其中的加速效率是一个自由参数。有趣的是，极大似然解决方案被发现与无线电通量低于$ν_m$在早期阶段，在以前的研究中，发现射频总是高于$ν_m$。因此，如果在早期获得足够的低频无线电数据，则可以清楚地检测到GW 170817的$ν_m$通过无线电波段。在新的解决方案中，电子的最低能量被发现接近均分与冲击后的质子，但只有一小部分（$<$ 10\%）的电子被加速为非热粒子。喷流能量和星际介质密度比常规模型增加了1- 2个数量级，但仍与其它约束条件一致。我们鼓励在未来的BNS合并事件的早期阶段采取密集采样的低频无线电数据，这将有可能检测到$ν_m$通道，并对电子能量分布和粒子加速效率产生强有力的约束。
2019-02-05 astro-ph.HE
The Refined Shock Velocity of the X-Ray Filaments in the RCW 86 Northeast Rim
激波速度的精确测量对于限制超新星遗迹（SNR）激波前沿宇宙线（CR）加速的机制和效率至关重要。SNR RCW 86的东北边缘被认为是一个特别有效的CR加速站点，因为最近的结果声称其具有约6000 km/s的极高激波速度（Helder等人，2009）。在这里，我们再次与钱德拉X射线天文台相同的SNR边缘，11年后的第一次观察。这个比以前更长的基线使我们能够确定非热X射线灯丝的更精确的自行，揭示了一个低得多的速度3000 \pm 340 km/s（在更亮的区域甚至更慢）。虽然这个数值已经下降到以前X射线测量值的一半，但它仍然高于该区域H-α灯丝的平均速度（~1200 km/s）。这种差异意味着非热X射线和H-α发射中的亮丝跟踪不同的速度分量，因此结合X射线运动学和H-α光谱学约束的CR压力很容易被高估。我们还测量了热X射线灯丝在非热灯丝南边的自行。推断的速度（720 \pm 360 km/s）明显低于非热灯丝的速度，这表明存在密度更大的环境物质，可能是由来自祖先的风形成的墙，它大大减缓了冲击。
2016-02-27 astro-ph.HE
Nonthermal Electron Acceleration at Collisionless Quasi-perpendicular Shocks
冲击波在无碰撞的日光层和天体物理等离子体中的传播已经被广泛研究了几十年。一个主要的动机是了解冲击时的非热粒子加速。虽然扩散激波加速（DSA）理论长期以来一直是宇宙射线在激波加速的标准，粒子加速的等离子体物理理解仍然难以捉摸。本文综述了近几年来在准垂直冲击下电子非热加速机制的研究进展。本评论中的讨论仅限于以下三个具体主题。第一种是随机冲击漂移加速（SSDA），这是一种相对较新的电子注入DSA的机制。本文将讨论其基本机制、相关的现场观测和动力学模拟结果，以及它与DSA的联系。其次，我们讨论了与年轻超新星遗迹（SNRs）有关的高马赫数激波的激波冲浪加速（SSA）。虽然一维假设下的原始建议是不现实的，SSA现在已被证明是有效的一个完全三维的动力学模拟。最后，我们讨论了目前的理解磁化韦伯主导的冲击。激波结构内自生电流片的自发磁重联是韦伯产生的强磁湍流的有趣结果。我们认为，高马赫数冲击与阿尔芬和声音马赫数超过20-40将可能表现为韦伯主导的冲击。尽管最近有一些有趣的发现，SSDA，SSA，和磁重联的电子加速在无碰撞冲击的相对作用，以及如何占主导地位的粒子加速机制的变化取决于冲击参数仍然有待回答。
2022-09-08 astro-ph.HE physics.plasm-ph physics.space-ph
Kinetic simulations of nonrelativistic perpendicular shocks of young supernova remnants. II. Influence of shock-surfing acceleration on downstream electron spectra
我们探讨电子预加速在高马赫数非相对论性垂直冲击，例如，年轻的超新星遗迹，这是通过扩散激波加速进一步加速到非常高能量的先决条件。使用完全动力学的粒子在细胞中的冲击和电子动力学模拟，我们调查的冲击冲浪加速度在冲击脚的冲击下游的电子的非热人口的影响。激波冲浪加速之后是激波斜坡处的进一步加速，在那里韦伯不稳定性产生一种二阶费米加速。这两个过程的结合导致形成一个非热电子人口，但冲击冲浪加速的重要性变得较小的离子与电子的质量比在模拟中。我们讨论了由此产生的电子光谱和我们的结果与真实的离子-电子质量比和完全三维行为的系统的物理学的相关性。
2019-09-11 astro-ph.HE
A Chandra View Of Nonthermal Emission In The Northwestern Region Of Supernova Remnant RCW 86: Particle Acceleration And Magnetic Fields
超新星遗迹（SNRs）的冲击波被认为可以将粒子加速到宇宙射线（CR）能量。由于CR在激波区域中传播而引起的磁场的放大预计会对加速粒子群的发射以及加速过程本身产生影响。使用95 KS观测与先进的CCD成像光谱仪（ACIS）板载钱德拉X射线天文台，我们映射和表征的同步辐射发射材料在西北地区的RCW 86。我们从几个不同的区域，散射和扩散一样，发射出现主导的同步辐射的光谱模型。Chandra的精细空间分辨率使我们能够在该区域的3个不同的非热边缘获得准确的发射轮廓。这些细丝的窄宽度（l = 10“-30”）将冲击后区域的最小磁场强度限制在约80 μG。
2013-09-11 astro-ph.HE
Plasma heating and particle acceleration in collisionless shocks through astrophysical observations
超新星遗迹（SNRs）是恒星爆炸的产物，是强大的天体物理实验室，由于它们明亮的电磁辐射，使我们能够研究无碰撞冲击的物理学。超新星（SNe）产生的冲击波冲击波为我们提供了一个观察窗口，以研究极端条件下，其特征在于高马赫数（和Alfvenic马赫数），以及强大的非热过程。在无碰撞冲击中，不同物质之间的温度平衡可能不会在冲击波阵面处达到。在这个框架下，不同的粒子种类可能会在不同的温度下加热（取决于它们的质量），在冲击后介质的信噪比。信噪比的另一个特点是，由于轻子和强子的非热布居，在激波前沿产生宽带非热发射。这些被称为宇宙射线的粒子通过扩散激波加速被加速到超相对论能量。如果SNR损失了很大一部分冲压能量来加速宇宙射线，那么激波动力学就应该相对于绝热情况而改变。相对于Rankine-Hugoniot值4，这种激波修正应导致总激波压缩比的增加。在这里，我表明，X射线高分辨率光谱（测量离子温度）和中等分辨率光谱（详细诊断的冲击后密度）的组合，可以利用研究的加热机制和粒子加速碰撞冲击。我报告的新结果，在SN 1987 A的残余物中测量不同的离子种类的温度。我还讨论了最近在SN 1006 a残骸中获得的激波修正的证据。D、其中冲击压缩比随着冲击速度和环境磁场之间的角度减小而显著增加。
2023-01-03 astro-ph.HE
On the influence of shock-cloud interactions on the nonthermal X-ray emission from the supernova remnant RCW 86
针对超新星遗迹激波环境对非热X射线的影响问题，通过XMM-Newton观测RCW 86激波-云作用区，发现激波遇云减速使热X射线增强、同步X射线偏暗偏软，揭示遗迹差异或源于致密物质团块性。
2023-10-03 astro-ph.HE hep-ex
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
Nonthermal radiation of young supernova remnants: the case of Cas A
负责的年轻超新星遗迹Cas A的宽带辐射的过程进行了探讨，使用一个新的代码，这是专为详细处理的扩散冲击加速的粒子在非线性政权。该模型是基于球对称流体动力学方程补充相对论粒子的输运方程。数值计算中包括了电子、质子和被正激波和反激波加速的氧离子。我们表明，在无线电，X射线和伽马射线波段的多波长观测可以最好地解释调用粒子加速的前向和反向冲击。虽然TeV的伽马射线观测可以通过加速电子和质子/离子的相互作用来解释，但费米LAT在能量低于1 GeV时的测量结果暂时倾向于伽马射线的强子起源。那么，尽管前面有这样的说法，这个源的加速效率应该非常高; 25%的爆炸能量（或大约$3\cdot 10^{50}$ erg）应该已经转化为宇宙射线，主要是通过前向激波。同时，模型计算没有提供超过100 TeV的加速质子的最大能量的扩展。在这个模型中，电子的加速是由反向冲击主导的;所需的$10^{48}$ erg可以在电子（正电子）的注入由$^{44}$ Ti的放射性衰变支持的假设下实现。
2013-08-16 astro-ph.HE
Electron Acceleration at Quasi-parallel Non-relativistic Shocks: A 1D Kinetic Survey
本研究通过一维动理学粒子模拟，系统考察了准平行非相对论激波中电子加速的 favorable 环境，发现高 Alfvén Mach 数激波能高效注入非热粒子并自持磁湍流，为非热辐射建模提供了关键参数化依据。
2024-08-28 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Kinetic Simulation on Electron, Proton and Helium Acceleration in a Nonrelativistic Quasiparallel shock
除了电子和质子外，非相对论性准平行激波也被认为具有加速重离子的能力。超新星遗迹中的激波通常被认为是银河系宇宙射线的加速器，宇宙射线由许多种类的粒子组成。本文采用一维粒子模拟方法研究了电子、质子和氦离子在非相对论准平行激波中的扩散激波加速（DSA），氦-质子数密度比为$0.1$，这与银河系宇宙射线有关。模拟结果表明，在激波静止坐标系下，音速马赫数为14，alfvén马赫数为19.5的非相对论准平行激波上游的高能质子和氦离子流可以激发波，带电粒子被自生波散射并逐渐加速.此外，冲击波下游带电粒子的光谱是热的加上非热的尾巴，加速是有效的，大约$7\%$和$5.4\%$的散装动能转移到非热质子和氦离子在近下游区域的模拟结束时，分别。
2022-03-29 astro-ph.HE
Discovery of CO Clouds Associated with the X-ray Jets of SS 433: Evidence for Shock-Cloud Interaction Enhancing Nonthermal X-ray Emission
Graduate School of Sciences and Technology for Innovation, Yamaguchi University（山口大学）；Nobeyama Radio Observatory, National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ), National Institutes of Natural Sciences (NINS)（日本国立天文台野边山宇宙电波观测所）；Faculty of Engineering, Gifu University（岐阜大学）；Department of Physics, Nagoya University（名古屋大学）；Division of Science, National Astronomical Observatory of Japan（日本国立天文台）；Frontier Research Institute for Interdisciplinary Sciences, Tohoku University（东北大学）；Astronomical Institute, Graduate School of Science, Tohoku University（东北大学）；Meta-Hierarchy Dynamics Unit, National Institute for Fusion Science（核聚变科学研究所）；Department of Physics, Kyoto University（京都大学）
基于野边山45米射电望远镜的$^{12}$CO观测，首次识别出与SS 433大尺度X射线喷流再增亮区域直接相关的分子团块，提供喷流与星际介质冲击-云相互作用的直接证据，并揭示湍流放大磁场产生非热X射线发射。
2026-06-08 astro-ph.HE
Magnetar-like flares behind the high-energy emission in LS 5039
LS 5039的高能辐射可能源于中子星磁层与风的周期性相互作用，通过磁不稳定性释放能量，驱动相对论喷流解释非热辐射，并解释缺乏超新星残骸的证据。
2025-11-03 astro-ph.HE
Magnetic Field Amplification and Particle Acceleration in Weakly Magnetized Trans-relativistic Electron-ion Shocks
Columbia University（哥伦比亚大学）；The University of Tokyo（东京大学）；KU Leuven（荷语鲁汶大学）；Flatiron Institute（平托研究所）
研究弱磁化跨相对论电子-离子冲击中磁场放大与粒子加速机制，发现不同不稳定性主导下非热离子和电子的加速效率及能量标度差异。
2026-02-06 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Nonthermal Emission from Star-Forming Galaxies
对邻近星暴星系M82和NGC 253以及其他本星系群星系的高能γ射线辐射的探测，拓宽了我们对非活动星系核恒星形成星系中恒星驱动的非热过程和现象的认识。我们回顾了星暴星系中相关过程及其模拟的基本方面。由于这些过程涉及高能电子和质子加速SN冲击，它们各自的辐射产额可以用来探索SN粒子辐射连接。具体而言，SN活动，高能粒子，和它们的辐射产额之间的关系，通过在几个恒星形成星系的粒子能量密度的各自措施进行评估。推导出的能量密度范围从非常安静环境中的O（0.1）eV/cm ^3到恒星形成率非常高的区域中的O（100）eV/cm ^3。
2013-04-01 astro-ph.HE
Constraining the ejecta for the nonthermal emission from GW170817
我们考虑一个简单的模型，从GW 170817的非热辐射，其中一个准球形喷出物被释放的合并事件，与动能分布的动量为$E(>γβ)\propto(γβ)^{-k}$。喷出物驱动冲击波进入介质并产生同步辐射。使用多波段观测，我们约束$k\approx6.7$ ;（假设中等密度的$\sim10^{-2}\rm cm^{-3}$和激波后磁场携带激波后内能的一部分$10^{-5}-10^{-3}$）总动能为$(0.3-5)\times10^{51}$ erg;最慢的喷出物速度为$\sim(0.7-0.8)c$ ;最快的喷出物具有洛伦兹因子$\sim4-7$。我们的结论是，次相对论动力学喷出物负责的千诺瓦不能产生的非热辐射。非热和热kilonova排放的共存意味着两个相应的喷出物在不同的角度喷出。
2018-06-28 astro-ph.HE
Kinetic Simulations of Particle Acceleration in Relativistic Perpendicular Electron-positron Shocks with Proton Admixture
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
Systematic Study of Acceleration Efficiency in Young Supernova Remnants with Nonthermal X-ray Observations
超新星遗迹的同步辐射光谱中的截止能量包含了一个正在进行的粒子加速的关键参数。我们系统地分析了11个年轻的SNR，包括所有的历史SNR，测量截止能量，从而揭示了粒子加速的性质在SNR演化的早期阶段。非热（同步辐射）为主的光谱在类似的外轮辋选择性提取和光谱拟合，因为我们的模型假设，加速电子集中在附近的冲击波前由于同步辐射冷却。截止能量参数（$\varepsilon_0$）和激波速度（$v_{\rm sh}$）以$ \varepsilon_0 \propto v_{\rm sh}^2 η^{-1}$的形式与Bohm因子$η$相关。5个SNR为我们提供了空间分辨的$\varepsilon_0$ - $v_{\rm sh}$图，表明各种粒子加速。在一起考虑所有SNR的情况下，$η$的系统性趋势将$η$与$t$（或$m$的扩展参数）的年龄之间的相关性澄清为$η\propto t^{-0.4}$（$η\propto m^{4}$）。这可能被解释为磁场变得更加湍流和自生，因为粒子随着时间以更大的速率加速。如果我们考虑新观察到的对$η$的时间依赖性，则SNR中达到的最大能量可以更高。
2020-12-02 astro-ph.HE
Synchrotron X-ray diagnostics of cutoff shape of nonthermal electron spectrum at young supernova remnants
同步加速器X射线是研究年轻超新星遗迹（SNRs）电子加速的有用工具。目前，由于SNR冲击周围的磁场配置是不确定的，它是不清楚的电子加速是由SNR年龄，同步加速器冷却，甚至逃逸的加速区的限制。我们研究了加速机制是否可以通过最大能量附近的电子谱的截止形状来约束。我们推导出的截止形状的解析公式，在每种情况下，最大的电子能量是由SNR年龄，同步辐射冷却和逃逸的冲击。它们与电子扩散系数的能量依赖性有关。接下来，我们讨论是否可以提供的截止形状的信息，在不久的将来，这将简单地给出在软，硬X射线波段的光子指数和通量比的观测。我们发现，如果幂律指数的电子光谱是独立的其他观测确定的，那么我们可以通过比较理论预测的光子指数和/或通量比与观测数据，将测量NuSTAR和/或ASTRO-H约束截止形状。这一研究有助于理解加速机制。特别是，它将提供另一个独立的约束磁场强度周围的冲击信噪比。
2014-01-22 astro-ph.HE
The loss-limited electron energy in SN 1006: effects of the shock velocity and of the diffusion process
SN 1006同步加速器X射线辐射的光谱形状揭示了辐射损失在形成电子光谱的高能尾部中所起的基本作用。我们分析了XMM-牛顿SN 1006大型程序的数据，并确认在两个非热肢的损失限制模型正确地描述了所观察到的光谱。我们研究了观测到的同步辐射截止能量在壳层上变化的物理根源。我们调查的冲击速度和电子陀螺因子所起的作用。我们发现，同步加速器X射线辐射的截止能量在激波经历最高平均速率的区域达到最大值。这一结果与损失限制框架一致。我们还发现，在两个非热肢体的SN 1006的电子加速收益接近玻姆扩散极限，陀螺因子在1.5-4的范围内。最后，我们调查可能的解释，在热肢的截止能量测量值低。
2013-09-05 astro-ph.HE
Maximum synchrotron frequency for shock-accelerated particles
人们普遍认为，当电子通过费米过程在冲击中加速时，同步加速器光子的最大能量约为50 MeV（在等离子体共动框架中）。我们表明，在一定的条件下，预计将实现相对论冲击的伽马射线暴，同步辐射光子的能量远远大于50兆电子伏（共动帧）可以产生。其要求是，磁场应在冲击波阵面下游衰减，衰减的长度尺度与最高能量电子在损失一半能量之前所行进的距离相比要小;能量远大于50兆电子伏的光子是在靠近激波阵面的地方产生的，而电子所能达到的最高洛伦兹因子是由占据激波阵面大部分体积的弱得多的场所控制的。电击等离子体
2012-10-22 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
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
Evolving Nonthermal Electrons in Simulations of Black Hole Accretion
目前对黑洞周围热吸积流的模拟假设要么是单温气体，要么最多是含有热离子和电子的双温气体。然而，像磁重联和冲击这样的过程可以将电子加速到非热分布，这在许多系统中发现的非常低的密度下不会迅速热化。这种非热电子被用来解释银河系中心的黑洞人马座A*（Sgr A*）的红外和X射线光谱以及强烈的可变性。本文提出了一种在GRMHD程序KORAL中计算非热电子布居自洽演化的方法。电子分布在洛伦兹因子空间中被跟踪，并在空间和时间中与热电子、热离子和辐射平行地演化。在本研究中，为了简单起见，能量注入到非热分布被视为一个固定的分数的本地电子粘性加热速率。数值计算结果与低质量吸积率类似的Sgr A* 的模型。我们发现非热电子群的存在对系统的整体动力学特性的影响可以忽略不计。由于我们简单的均匀粒子注入处方，在非热模拟的辐射功率增强在大半径。的非热电子的能量分布示出同步加速器冷却中断，与中断洛伦兹因子随位置和时间而变化，反映了复杂的相互作用之间的局部粘性加热速率，磁场强度，和流体速度。
2017-06-12 astro-ph.HE
Spectra of accelerated particles at supernova shocks in the presence of neutral hydrogen: the case of Tycho
激波附近中性氢的存在改变了激波的结构，并影响了通过一阶费米机制加速的粒子的光谱。这一现象对解释超新星遗迹辐射的多频光谱具有深远的意义。在激波下游与热离子进行电荷交换的中性粒子可能会导致快速中性粒子向上游气体移动，在那里它们可能会发生额外的电荷交换或电离反应，从而在上游沉积能量和动量。在这里，我们讨论了中性返回通量的影响，这已经在我们以前的工作中预测中性介导的超新星冲击，并显示加速粒子的光谱是如何变得明显比$p^{-4}$陡峭，从而影响一般超新星遗迹和第谷具体的伽马射线光谱。描述中性氢存在下的非线性扩散激波加速的理论是近年来发展起来的。在这里，我们使用一个半解析理论在以前的工作中开发和专门我们的预测的情况下，第谷超新星冲击波，有证据表明，加速宇宙射线的光谱比预期的扩散冲击加速的传统理论更陡峭。我们表明，如果在第谷超新星激波附近的中性氢的分数，如观测所建议的，~70-90，然后加速质子的光谱比$p^{-4}$陡峭可能是一个自然的结果电荷交换反应和相关的中性返回通量。对于能量低于~100-1000 GeV的粒子，其谱形受到这种现象的影响，对于这种粒子，扩散长度小于或至多与冲击上游的电荷交换和电离的路径长度相当。
2016-03-07 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
Dependence of Particle Acceleration Efficiency on Shock Velocity in Weakly Magnetized Electron-Ion Shocks
Columbia University（哥伦比亚大学）；KU Leuven（荷语鲁汶大学）；Flatiron Institute（平托研究所）
研究弱磁化准平行激波中粒子加速，利用二维粒子模拟，发现离子加速效率与激波速度关系及两种主导机制差异，电子加速效率强烈依赖激波速度，还探讨了结果在相关天文现象中的应用。
2026-07-08 astro-ph.HE physics.plasm-ph
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
Radiation from accelerated particles in relativistic jets with shocks, shear-flow, and reconnection
本文研究了非磁化相对论性喷流在非磁化等离子体中传播时的粒子加速和激波结构。尾喷流激波中产生的强磁场导致电子的横向偏转和加速。我们自洽地计算了在湍流磁场中加速的电子的辐射。我们发现，合成光谱依赖于体洛伦兹因子的喷流，喷流的温度，和强度的磁场中产生的冲击。我们还开始研究电子在由动力剪切（开尔文-亥姆霍兹）不稳定性产生的强磁场中的加速。我们计算的光谱应该导致更好地理解复杂的时间演化和/或光谱结构从伽马射线暴，相对论喷流，超新星遗迹。
2013-03-11 astro-ph.HE
Spatio-temporal energy partitioning in a non-thermally dominated two-loop solar flare
太阳耀斑表现出显着的变化的能量分配之间的热和非热的成分。那些具有显著非热成分但只有适度热成分的电子特别适合于研究非热电子对等离子体加热的直接影响。在这里，我们分析了这样一个观测良好的脉冲单尖峰非热事件，一个SOL 2013 -11- 05 T035054太阳耀斑，其中等离子体加热可以完全归因于这些脉冲加速电子的能量损失。利用X射线、微波和极紫外观测和三维模型分析了耀斑期间热分量和非热分量的能量收支演变。结果表明：（i）耀斑的几何结构符合双环结构，磁能很可能是由于这两个环之间的相互作用而释放的;（ii）释放的磁能只转化为加速电子的非热能，然后再转化为等离子体的热能;（iii）能量在这两个耀斑环中的分配相当;（iv）其中一个燃烧环保持相对稀薄但相当热，而另一个保持相对较冷但比第一个更致密。因此，这个太阳耀斑表明了一个极端的效率转换的自由磁能的非热能粒子加速和能量流到两个环路从非热到热的一个可以忽略不计的直接加热。
2020-01-07 astro-ph.HE astro-ph.SR
Entropy-Conserving Scheme for Modeling Nonthermal Energies in Fluid Dynamics Simulations
我们比较了基于能量的和熵守恒的方案，如未解决的湍流和宇宙射线，使用理想化的流体动力学测试和孤立的星系模拟非热能成分建模的性能。虽然这两种方法的目的是模拟平流和绝热压缩或膨胀的不同的能量成分，能量为基础的计划数值求解的非保守方程的能量密度的演变，而熵守恒计划使用保守方程的修改熵。使用标准的激波管和Zel'dovich煎饼测试，我们表明，基于能量的计划的结果在一个虚假的产生非热能的冲击，而熵守恒的方法进化的能量的机械精度。我们还表明，在一个孤立的$L_\star$星系的模拟，切换方案之间的结果在$\approx 20-30\%$的变化的总恒星形成率和形态的显着差异，特别是在星系中心附近。我们还概述和测试了一个简单的方法，可以用来与熵守恒计划的冲击注入非热能建模。最后，我们讨论了如何熵守恒方案可以用来捕捉的动能消散的数值粘性到亚网格湍流能量隐式，没有明确的源项，需要校准，可以是相当不确定的。我们的研究结果表明，熵守恒方案是首选的建模非热能组件，一个结论是同样相关的欧拉和移动网格流体动力学代码。
2022-05-13 astro-ph.GA astro-ph.HE astro-ph.IM
Nonthermal ion acceleration by the kink instability in nonrelativistic jets
本文研究了非相对论性电子-离子等离子体射流中与扭结不稳定性（KI）发展相关的粒子加速自洽物理。使用三维完全动力学粒子在细胞（PIC）模拟，我们表明，KI有效地将初始环形磁场能量转化为高能离子。被加速的离子在能谱中形成非热幂律尾，包含初始磁场能量的$\simeq10\%$，并且最大离子能量延伸到射流的约束能量。我们发现，离子被有效地加速的运动电场和高度纠缠的磁场，在KI的非线性阶段开发的协调行动：跨磁场线的离子的快速曲率漂移运动，使他们的加速沿电场。我们进一步研究了库仑碰撞对离子加速效率的影响，并确定了碰撞阈值，在该阈值以上，非热离子加速被抑制。我们的研究结果揭示了如何高能离子可能会导致不稳定的非相对论性等离子体射流在空间和天体物理学，并提供了在实验室实验中重现这种加速机制所需的等离子体条件的约束。
2019-07-26 astro-ph.HE physics.plasm-ph physics.space-ph
Nonthermal emission properties of the northwestern rim of supernova remnant RX J0852-4622
超新星遗迹（SNR）RX J 0852 -4622（Vela Jr.，G266.6-1.2）是研究多TeV粒子加速和银河系宇宙射线起源的最重要的信噪比之一，因为它具有很强的同步辐射X射线和TeV γ射线辐射，它们都表现出类似于壳的形貌。使用XMM-牛顿档案数据组成的多个指向观测的西北边缘的残余，我们调查的非热X射线发射的空间特性作为一个函数的距离从外部冲击波。所有的X射线光谱都很好地再现了吸收的幂律模型高于2千电子伏。结果发现，光谱表现出逐渐软化，从边缘区域的光子指数2.56到内部区域的2.96。我们表明，这种径向配置文件可以解释为一个逐渐减少的截止能量的电子光谱由于同步辐射冷却。通过使用一个简单的光谱演化模型，包括连续的同步辐射损失，光谱软化可以再现与磁场强度在激波后流小于几十μ G。如果这是SNR壳层中的典型磁场，则伽马射线发射将通过高能电子的逆康普顿散射来解释，该逆康普顿散射也产生同步加速器X射线发射。Nustar和ASTRO-H的未来硬X射线成像观测和切伦科夫望远镜阵列（CTA）的TeV伽马射线观测将使我们能够探索X射线光谱系统软化的其他可能解释。
2013-02-01 astro-ph.HE
Nonthermal Radiation of Young Supernova Remnants
一个新的数值代码，设计了详细的非线性扩散激波加速的数值处理，用于年轻超新星遗迹的粒子加速和辐射的模拟。该模型是基于球对称流体动力学方程补充相对论粒子的输运方程。首次通过详细的数值计算研究了电子和质子在正向和反向冲击下的加速问题。我们模拟了年轻超新星遗迹RX J1713.7-3946的非热辐射的能谱和空间分布，并将计算结果与从射电到极高能伽马射线的宽能带中获得的该物体的光谱和形态特性进行了比较。我们讨论了所谓的强子和轻子模型的优点和缺点，假设所观察到的TeV伽马射线发射产生的加速质子和电子，分别。我们还讨论了一个“复合”的情况下，从壳的主要部分的伽马射线通量具有逆康普顿起源，但与强子起源与壳相互作用的致密云的不可忽略的贡献。
2009-09-13 astro-ph.GA astro-ph.HE
Nonthermal Particle Acceleration by Magnetic Pumping in Pulsating Plasmas
University of Wisconsin-Madison（威斯康星大学麦迪逊分校）；KU Leuven（荷语鲁汶大学）；Royal Belgian Institute for Space Aeronomy（比利时皇家空间气动力学研究所）
通过脉动盒模型研究高β等离子体压缩-膨胀循环中的粒子加速，发现磁泵浦有效产生具有幂律尾的非热能量分布，并建立了与注入能量相关的广义最大熵模型。
2026-10-28 astro-ph.HE physics.plasm-ph
The maximum energy of shock-accelerated electrons in a microturbulent magnetic field
本研究针对微湍动磁场下相对论激波的电子加速问题，通过蒙特卡罗模拟结合MCMC方法，拟合出可估算天体物理参数空间内费米加速电子最大动量的经验公式，发现最大能量呈激波速度的拐折幂律分布。
2020-10-30 astro-ph.HE
Radiation from Particles Accelerated in Relativistic Jet Shocks and Shear-flows
本文研究了非磁化相对论性喷流等离子体传播到非磁化环境等离子体中的激波和剪切流引起的粒子加速和发射。射流激波中产生的强电磁磁场是通过扰动（韦伯）不稳定性产生的。冲击场强度和结构取决于等离子体成分（（$e^{\pm}$或$e^-$ - $p^+$等离子体）和洛伦兹因子。在喷流与周围等离子体的速度剪切中，通过动力学Kelvin-Helmholtz不稳定性（kKHI）产生了强的交流（$e^{\pm}$等离子体）或直流（$e^-$ - $p^+$等离子体）磁场，磁场结构也依赖于喷流洛伦兹因子。我们自洽地计算了在冲击波产生的磁场中加速的电子的辐射。光谱取决于射流的初始洛伦兹因子和温度，通过所产生的粒子加速和磁场产生。我们正在进行的“全球”喷流模拟包含冲击和速度剪切，将为我们提供计算和模拟复杂的时间演化和/或从伽马射线暴，活动星系核喷流和超新星遗迹观察到的光谱结构的能力。
2014-12-22 astro-ph.HE
The Maximum Energy of Shock-Accelerated Cosmic Rays
本文使用基于动力学模拟的多区域半解析模型研究激波加速宇宙射线的最大能量，发现超新星遗迹仅在特定条件下可加速PeV粒子，为天体物理激波最大能量估计提供参考。
2024-04-22 astro-ph.HE
Cosmic Ray Acceleration by Relativistic Shocks: Limits and Estimates
我们研究的能量限制，宇宙射线可以加速相对论冲击，表明轻离子的加速高达100 EeV是不可能的。我们估计的含义是，如果超高能宇宙射线被冲击加速，那么这些冲击可能不是相对论性的。
2017-09-22 astro-ph.HE
Microphysics of Relativistic Collisionless Electron-ion-positron Shocks
我们进行粒子模拟，阐明微观物理的相对论性弱磁化冲击加载的电子-正电子对。各种外部磁化$σ\lesssim 10^{-4}$和对加载因子$Z_\pm \lesssim 10$进行了研究，其中$Z_\pm$是每个离子的加载电子和正电子的数量。我们发现以下情况。(1)当$σ$超过一个随$Z_\pm$减小的临界值$σ_{\rm L}$时，平均场中的离子拉莫尔回转将介导激波。在$σ\lesssimσ_{\rm L}$中，激波由自生微湍流场中的粒子散射介导，其强度和尺度随$Z_\pm$减小，导致较低的$σ_{\rm L}$。(2)后冲击对携带的能量分数是鲁棒性的上游离子能量的20%和50%之间的范围内。每个冲击后电子的平均能量标度为$\overline{E}_{\rm e}\propto (Z_\pm+1)^{-1}$。(3)在低至$σ\approx 5\times 10^{-6}$的磁化强度下，对负载抑制非热离子加速。然后，离子基本上变成具有平均能量$\overline{E}_{\rm i}$的热的，而电子形成从$E\sim (Z_\pm + 1)^{-1}\overline{E}_{\rm i}$延伸到$\overline{E}_{\rm i}$的非热尾。当$σ= 0$时，粒子加速通过形成强磁腔而增强，强磁腔在冲击演化的后期填充前驱体。在这里，非热离子和电子的最大能量在模拟的持续时间内保持…
2022-02-04 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Nonthermal X-rays from low-energy cosmic rays: Application to the 6.4 keV line emission from the Arches cluster region
6.4 keV的铁谱线在X射线天文学的几个领域提供了有价值的光谱诊断。它通常由中性或低电离介质对外部X射线的再处理产生，但也可以由低能宇宙射线的撞击激发。本文的目的是提供签名，允许从低能量宇宙射线的X射线光谱显示6.4千电子伏线的辐射识别。本文详细研究了加速电子和加速离子与中性气体相互作用产生的非热谱线和连续谱X射线。相应的模型，然后应用到XMM-牛顿观测的X射线发射的拱门集群区域附近的银河系中心。明亮的6.4 keV线结构周围的拱门集群观察。这种辐射很可能是由宇宙射线产生的。我们发现它可能是由高能离子轰击分子气体引起的，但可能不是由加速电子引起的。利用宇宙射线离子产生X射线的模型，我们得到了周围介质的最佳拟合金属丰度为太阳金属丰度的1.7 ± 0.2倍。在星团和邻近分子云之间正在进行的超音速碰撞中，可能会产生大量低能宇宙射线离子。我们发现，粒子加速效率在所产生的冲击系统的百分之几将给予足够的权力，在宇宙射线来解释的亮度的非热X射线发射。根据每个核子超过1 GeV的快离子的动能分布的未知形状，拱门星系团区域可能是费米伽马射线太空望远镜可探测到的高能伽马射线源。目前，在6.4 keV的铁线从拱门星系团区域发出的X射线发射突出可能提供了最好的低能量强子宇宙射线在银河系中的源的签名。
2012-10-07 astro-ph.HE
Gamma-ray and Neutrino Emissions due to Cosmic-Ray Protons Accelerated at Intracluster Shocks in Galaxy Clusters
利用宇宙学结构形成模拟研究了星系团中无碰撞冲击加速的宇宙线质子。我们发现，在模拟团簇维里半径范围内的团簇内介质（ICM）中，只有$\sim7$ %的激波动能通量被期望加速CRp的激波耗散，即具有音速马赫数$M_s\ge2.25$的超临界准平行（$Q_\parallel$）激波.其余的耗散在亚临界冲击和准垂直冲击，这两个可能不会加速CRp。采用Ryu等人（2019）最近提出的扩散冲击加速（DSA）模型，我们量化了模拟集群中CRp的DSA。在$\sim(1-2)\times10^{-4}$中评估通过DSA转移到CRp的冲击动能的平均分数。我们还研究了通过再加速的CRp通过使用一个模型的基础上的测试粒子的解决方案。假设ICM等离子体在宇宙历史中平均经历三次激波，而CRp仅在超临界$Q_\parallel$ -激波处被再加速，则CRp谱的斜率增加了$\sim0.05-0.1$，CRp的总能量从再加速处增加了$\sim40-80$ %.然后，我们估计扩散$γ$ -射线和中微子的排放量，导致CRp和热质子之间的非弹性碰撞。预测的$γ$ -射线辐射模拟集群位于大多数低于上限所设置的费米-LAT观察到的集群。流向附近星系团的中微子通量将是冰立方通量的$\lesssim10^{-4}$（$E_ν=1$ PeV）和大气中微子通量的$\lesssim10^{-6}$（$E_ν\leq1$ TeV）。
2020-02-14 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
Diffuse Galactic Gamma Rays from Shock-Accelerated Cosmic Rays
激波加速粒子通量\propto p^-s，其中p是粒子动量，这是从简单的理论考虑得出的，即在非相对论性激波下宇宙射线加速，然后依赖于刚性逃逸到星系晕中。当考虑核生产模型的不确定性时，s ~ 2.8的冲击加速宇宙射线质子通量提供了对高纬度和分子云气体的费米-LAT伽马射线发射谱的充分拟合。Neronov，Semikoz，& Taylor（PRL，108，051105，2012）在拟合高纬度分子云的伽马射线谱时声称宇宙射线质子谱的断裂是使用由动能的幂律描述的宇宙射线质子通量的结果。
2012-08-29 astro-ph.GA astro-ph.HE
Hydrodynamic model of nonthermal emission from the Fermi bubbles
I. E. Tamm Theoretical Physics Division of P. N. Lebedev Physical Institute（P.N.列别捷夫物理研究所I.E.塔姆理论物理部）；Institute of Astronomy, Department of Physics and Center for Complex Systems, National Central University（国立中央大学天文研究所、物理系及复杂系统中心）
提出费米气泡壳层中瑞利-泰勒不稳定性随机加速宇宙射线电子的模型，解释非热微波和伽马射线辐射。
2026-05-22 astro-ph.GA astro-ph.HE
