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
Linearly-polarized Coherent Emission from Relativistic Magnetized Ion-electron Shocks
本研究通过超大规模相对论性磁化离子-电子激波模拟，发现高效激发的强线偏振相干辐射及偏振角摆动，可为FRBs亮度与重复暴偏振特征提供激波起源解释。
2023-11-30 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Property of downstream turbulence driven by the special relativistic shock-clump interaction
该研究通过三维相对论磁流体动力学模拟，发现相对论激波与团块相互作用产生的下游湍流中压缩模与螺线管模振幅相当，且湍流特性受上游密度波动影响，解释了伽马射线暴余辉中磁能比的多样性，并影响粒子加速。
2025-03-21 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Long wavelength unstable modes in the far upstream of relativistic collisionless shocks
在超相对论极限下，计算了相对论粒子束与非磁化冷等离子体相互作用引起的长波动力学不稳定性的增长率。对于充分达到顶点的光束，所有的长波长模式被证明是韦伯不稳定的，并推导出一个简单的解析表达式，其增长率。对于大的横向速度扩散，这些模式变得稳定。给出了稳定性的解析条件。这些分析结果，概括了以前的文献中给出的，被证明是一致的色散方程的数值解和新的PIC模拟的结果，其中的电-磁场被限制到一个给定的k-模式。结果可以描述高能宇宙射线的相互作用，传播到相对论性无碰撞激波的远上游，与冷的非磁化上游。考虑的长波长模式可能是有效的偏转粒子和扩散冲击加速可能是重要的。结果表明，当相对论激波传播到电子-正电子对等离子体中时，这些模增长，而当相对论激波传播到洛伦兹因子为\lesssim 100的电子-质子等离子体中时，这些模被阻尼.如果这些模式占主导地位的偏转高能宇宙射线在电子-正电子冲击，有人认为，粒子加速被抑制在冲击帧能量大于下游热能的一个因素大于冲击洛伦兹因子。
2010-05-20 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Physics of Weibel-mediated relativistic collisionless shocks
我们发展了一个全面的理论模型的相对论性无碰撞对冲击介导的电流的双折射不稳定性。我们显着的非惯性框架中，这种不稳定性是一个主要的磁性的特点，并描述在微观层面上的减速和加热的传入的背景等离子体通过其碰撞与电磁湍流的相互作用。我们的模型比较大规模的2D3V PIC模拟，并提供了一个重要的试金石等离子体系统的现象。
2019-07-25 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Relativistic Collisionless Shocks in Inhomogeneous Magnetized Plasmas
全动力学模拟显示，上游动力学尺度密度扰动可使磁化相对论无碰撞激波恢复粒子加速能力，并产生影响耀变体偏振的大尺度磁结构。
2023-04-09 astro-ph.HE physics.plasm-ph
The impact of kinetic effects on the properties of relativistic electron-positron shocks
我们评估的非热冲击加速粒子的磁流体动力学（MHD）相对论冲击跳跃条件的影响。绝热常数直接从第一原理粒子模拟数据计算，使半动力学方法，以改善标准流体模型，并允许识别的关键参数，定义的冲击结构。我们发现，不断变化的上游参数有一个更强的影响比由于非热粒子的修正。我们发现，上游散装速度的减少产生的偏差从标准的MHD模型高达10%。此外，我们得到了一个定量定义的冲击过渡区从我们的分析。对于韦伯介导的冲击，包括一个磁场中的MHD守恒方程的解决第一次。
2012-10-09 astro-ph.HE physics.plasm-ph
On the sideways expansion of relativistic non-spherical shocks and GRB afterglows
在Kompaneets（薄壳）近似下考虑了非球形相对论爆炸波的膨胀。我们发现，相对论运动有效地“冻结”了激波阵面的横向动力学：只有极强的准直激波，其张开角为$Δθ\leq 1/Γ^2$，由于侧向膨胀，才显示出明显的剖面变化。对于不太准直的剖面，传播几乎是弹道式的;相对论激波的侧向膨胀只有在它们变得温和相对论时才变得重要。
2011-05-31 astro-ph.HE
Particle acceleration at magnetized, relativistic turbulent shock fronts
本文首次通过模拟证明，在轻度相对论性磁化正负电子对激波中，强湍流可在超光速位形下重新激活粒子加速，并产生幂律谱，且高磁化时湍流随机加速可取代激波加速。
2023-07-03 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Collisionless shocks having relativistic velocities in relativistically hot plasmas
本文用二维粒子模拟研究相对论性热电子-正电子等离子体中的无碰撞激波，发现Weibel不稳定性耗散上游流形成激波，且激波结构和粒子加速幂律谱与冷上游情形相似。
2025-07-17 astro-ph.HE
Mildly relativistic magnetized shocks in electron-ion plasmas -- II. Particle acceleration and heating
本文用前所未有的高分辨率二维粒子模拟方法研究了电子-离子等离子体中弱相对论磁化冲击下粒子的加速和加热。电子在冲击波处被超绝热加热，并且从质子到电子的大部分能量转移发生在冲击波处或冲击波下游。我们是第一个证明，冲击波涟漪是至关重要的电子在冲击波。它们与质子的比例远低于均分。下游的电子光谱近似热与有限的超热幂律分量。我们的研究结果进行了讨论的背景下，尾流场加速和建模的电磁辐射耀变体核心。
2021-01-22 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Corrugation of relativistic magnetized shock waves
当冲击波阵面与湍流相互作用时，它会发展出湍流，从而在下游等离子体中诱导出出射波模式。对于快激波，入射波模式可以是来自下游的快磁声波，超过激波，或者是上游等离子体漂移通过激波的本征模式。本文用相对论磁流体动力学中的线性微扰理论，对相对论磁化快激波与小振幅扰动相互作用所产生的微扰进行了一般性分析。传递函数表征的线性响应的每一个传出模式计算作为上游介质的磁化的函数和作为传入波的性质的函数。有趣的是，如果后者是一个本征模式的上游等离子体，我们发现，存在一个共振，在该（线性）响应的冲击变得很大，甚至发散。这一结果可能对天体物理相对论磁化冲击波的现象学产生深远的影响。
2016-07-04 astro-ph.CO astro-ph.HE physics.plasm-ph
Coherent Electromagnetic Emission from Relativistic Magnetized Shocks
相对论磁化激波是一种自然的相干辐射源，为快速射电暴（FRB）提供了一种合理的辐射机制。我们提出了第一性原理的三维模拟，提供了必要的信息FRB模型的基础上冲击：发射效率，频谱和偏振。模拟的激波在具有磁化$σ>1$的$e^\pm$等离子体中传播。测得的激波能量转化为相干辐射的分数为$\simeq 10^{-3} \, σ^{-1}$，波谱的能量携带波数为$\simeq 4 \,ω_{\rm c}/c$，其中$ω_{\rm c}$是上游陀螺频率。由激波发射的O模和X模能量通量的比率为$\simeq 0.4\,σ^{-1}$。X模式在$σ\gg 1$中的优势特别强，在$2\,ω_{\rm c}$周围的光谱带中接近100%。我们还提供了X-和O-模式的发射机制的详细描述。
2021-07-02 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Radiation Reaction effects on Coherent Emission in Relativistic Magnetized Shocks
State Key Laboratory of Ultra-intense Laser Science and Technology, Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院上海光学精密机械研究所）；South-Western Institute for Astronomy Research, Yunnan Key Laboratory of Survey Science, Yunnan University（云南大学）
通过粒子模拟研究辐射反作用效应对相对论磁化激波中电子动力学和相干辐射的影响，发现其抑制电子能量、增强辐射强度并改变频谱特征，可能与快速射电暴观测现象相关。
2026-06-26 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Filamentation of the electromagnetic precursor in relativistic quasi-perpendicular electron-positron shocks
该研究提出电磁前驱体丝化不稳定性产生相对论剪切流和反向磁场分量，可触发磁重联，从而在正负电子对冲击波上游加速粒子。
2025-07-30 astro-ph.HE physics.plasm-ph
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
Persistence of precursor waves in two-dimensional relativistic shocks
利用二维粒子模拟方法研究了相对论磁化激波下同步脉塞不稳定性产生的上游相干大振幅电磁波发射效率。我们考虑了正负电子等离子体中的纯垂直激波。测量了相干波发射效率作为磁化参数σ的函数，磁化参数σ由坡印廷通量与动能通量的比率定义。波的振幅系统小于在一维模拟中观察到的。然而，它继续坚持，即使在一个相当低的磁化率，韦伯不稳定性占主导地位的冲击过渡。发射的电磁波足够强，足以干扰上游介质，并产生相当大幅度的横向磁致密度结构。在此基础上，我们讨论了相对论磁化离子-电子冲击波中产生非热电子的尾场加速模型的可能性。
2017-04-19 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Fundamentals of collisionless shocks for astrophysical application, 2. Relativistic shocks
本文综述了无碰撞相对论激波的最新研究进展。简要介绍了动力学不稳定性理论，包括它的预测和局限性。主要的重点是在（i）对和（ii）电子-核子等离子体的数值实验。主要结果如下：（i）确认了三维非磁化相对论等离子体中激波演化是由于轻子-韦伯不稳定性或离子-韦伯不稳定性引起的;（ii）对上游磁化强度的敏感依赖性;（iii）粒子动力学对上游磁倾角$\thetabn$的敏感依赖性，其中$\thetabn>34^\circ$的粒子不能向上游逃逸，（iv）超相对论激波中的粒子很难翻转激波并向上游逃逸;它们可能在激波斜坡周围振荡很长一段时间，可以说是“在激波斜坡上冲浪”，从而被一种SDA加速;（v）这些粒子在下游分布上形成幂律尾;指出了它们的局限性;（vi）最近发展的方法允许计算下游高能粒子发射的辐射谱;（vii）韦伯产生的下游磁场形成大振幅的涡流，这些涡流可以被下游气流平流输送到离激波很远的地方，并可能有助于扩大强场区域;（viii）如果包括宇宙射线，钟状模式可以在短波长处产生上游磁湍流，并且通过扩散再耦合，也可以在几乎平行的磁场冲击中产生长波长的上游磁湍流;（ix）这种大振幅波的平流应引起准-平行冲击和喷射下游的大振幅磁场涡流，在那里它们有助于湍流和维持大磁场的扩展区域。
2011-06-18 astro-ph.HE physics.space-ph
Relativistic shock acceleration and some consequences
本文综述了相对论激波作用下粒子加速理论的最新进展，讨论了两个重要结果：（1）加速粒子的最大能量;（2）激波产生的微湍流对伽马射线暴余辉多波长光变曲线的影响。
2014-01-29 astro-ph.CO astro-ph.HE physics.plasm-ph
Electrostatic and magnetic instabilities in the transition layer of a collisionless weakly relativistic pair shock
天体物理喷流的高能电磁辐射，如大质量恒星坍缩时发射的并触发伽马射线暴（GRB）的喷流，部分归因于相对论性内部冲击。激波是由逆流粒子束的不稳定性在无碰撞等离子体中介导的。只有当光束以相对论性的相对速度运动时，才能产生最快的位移不稳定性。在这里，我们用粒子单元（PIC）模拟两个冷对云在c/2（c：光速）速度下的碰撞。我们证明了双流不稳定性超过了这个速度的平行不稳定性，从而负责激波的形成。上游等离子体的准静电波的不完全热化允许其他不稳定性的增长。激波过渡层的形成，其中一个平行不稳定性调制的等离子体远上游的冲击。上游流入的等离子体逐渐加热的双流不稳定性更接近的冲击和压缩到预期的下游密度的韦伯不稳定性。由于后者产生的强磁场被限制在10个电子趋肤深度宽的层内。
2017-09-09 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Collisionless electron-ion shocks in relativistic unmagnetized jet-ambient interactions: Non-thermal electron injection by double layer
采用自洽粒子模拟方法研究了相对论非磁化电子-离子冲击中的非热电子射出过程。激波是通过将相对论性喷流注入到环境等离子体中而激发的，导致两个不同的激波（称为尾激波和前导激波）和一个接触间断。类韦伯不稳定性将电子加热到大约离子动能的一半。然后，在后缘和前缘形成的双层通过离子动能加速电子。在前缘的电子分布函数显示出一个明确的非热幂律尾部，其中包含$\sim1\%$的电子和$\sim8\%$的电子能量。其幂律指数为-2.6。加速效率按个数计为$\sim23\%$，按能量计为$\sim50\%$，尾缘电子分布函数的幂律指数为-1.8。通过比较3D模拟与2D模拟的结果，研究了维数的影响。结果表明，二维电子加速效率更高。
2016-06-10 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Radiation-mediated shocks: kinetic processes and transition to collisionless shocks
我们分析了辐射介导的冲击波在任意冲击波速度的主要特点，无论是非相对论和相对论。我们描述了两种机制，这可能会导致形成一个尖锐的粘性亚激波，否则光滑的速度分布在冲击波阵面，即使在上游的辐射压力是压倒性的大。这些机制是次相对论性和相对论性辐射介导的激波所特有的，并将高速激波与非相对论性激波区分开来，如果辐射压力足够高，非相对论性激波就不会形成次激波。我们简要讨论了这一发现的影响。
2018-12-24 astro-ph.HE
Relativistic slowing down shocks as sources of GRB lag
我们正在证明减缓超相对论冲击是如何产生伽玛射线暴滞后的。反射过程产生正滞后，Cracow加速过程产生负滞后。我们提出了一种将种子粒子注入相对论喷流的方法。
2017-05-20 astro-ph.HE
Non-resonant magnetohydrodynamics streaming instability near magnetized relativistic shocks
本文对相对论激波前体中的非共振流动不稳定性进行了线性研究和数值模拟。在冲击前restframe中，我们进行了线性分析，这种不稳定性在一个可能的配置超相对论冲击前兆。这考虑了具有垂直于冲击波阵面和大尺度磁场的波矢量的磁声波。我们的线性分析是在没有任何假设的冲击速度，因此是有效的所有速度制度。为了检验我们的计算，我们还进行了相对论MHD模拟，描述了上述磁声波通过冲击前兆的传播。数值计算证实了我们的线性分析，预测的增长率的不稳定性是最大的超相对论冲击，并表现出波数依赖$\propto k_x^{1/2}$。我们的数值模拟还描绘了饱和制度的不稳定性，我们表明，磁放大是温和的，但仍然显着（$δB/B\leq 10$）。后一个事实可以解释在相对论磁化冲击附近强湍流的存在。我们的数值方法也引入了一个方便的手段来处理等温（超）相对论MHD条件。
2013-05-03 astro-ph.HE
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 acceleration at relativistic shock waves
相对论源，例如伽马射线暴、脉冲星风星云和强大的活动星系核产生相对论外流，导致形成无碰撞冲击波，粒子加速被认为发生。在过去的十年中，由于分析研究和高水平数值模拟的结合，我们对相对论激波加速的理解有所提高。在超相对论冲击波中，粒子加速困难的一般横向磁场和大平流速度的冲击等离子体。因此，需要快速增长的微湍流来使费米过程有效。据认为，数值模拟支持这一观点，超热粒子在冲击波前兆中的穿透产生了磁湍流，这反过来又产生了通过费米机制加速粒子所需的散射过程。通过比较激波前兆中微不稳定性的增长时间尺度和前兆穿越时间尺度，可以用磁化强度和激波洛伦兹因子来界定微湍流可能激发的区域，从而判断费米加速是否以及如何被触发。这些发现总结在这里和天体物理学的后果。
2011-11-30 astro-ph.CO astro-ph.HE physics.plasm-ph
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
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
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
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
Current-driven filamentation upstream of magnetized relativistic collisionless shocks
相对论性无碰撞激波的不稳定性物理在高能天体物理学中具有广泛的重要性，因为这些不稳定性建立了激波，控制了粒子加速过程，并产生了加速粒子辐射的磁场。两个关键参数控制着这些冲击的微观物理：环境介质的磁化和冲击波阵面的洛伦兹因子;到目前为止，这些参数空间的大部分仍有待探索。在本文中，我们报告了一种新的不稳定性上游的电子-正电子相对论冲击，我们认为，这种不稳定性形状的微观物理在中等磁化水平和/或大洛伦兹因子。这种不稳定性是由激波前兆中的加速粒子在背景磁场周围旋转时携带的电流引起的。在背景等离子体中感应的补偿电流导致不稳定的配置，带有电荷中性丝的外观携带相同极性的电流，沿着垂直电流取向。这种“电流驱动的细丝”不稳定性的增长速度比迄今为止研究的相对论冲击上游的任何其他不稳定性都要快，其增长率与等离子体频率相当。此外，电流的补偿与环境等离子体在其穿透冲击前兆时的减速相关联（如在冲击静止帧中所观察到的）。等离子体的这种减速意味着，只要磁化强度σ<~ 10^{-2}，"电流驱动的丝状体“不稳定性可以随着冲击洛伦兹因子的任何值而增长。我们认为，这种不稳定性解释了最近的粒子在细胞模拟的结果在轻度磁化制度。
2014-01-28 astro-ph.CO astro-ph.HE physics.plasm-ph
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
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
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
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
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
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
