Collisionless shock acceleration of quasi-monoenergetic ions in ultra-relativistic regime
采用粒子模拟方法，在考虑辐射反作用力和电子对产生的情况下，研究了超相对论激光与等离子体相互作用中碳离子（C $^{6+}$）的无碰撞激波加速.辐射反作用力和对等离子体的形成都倾向于减慢冲击速度，减少加速离子的能量，尽管延长了加速过程的时间尺度。平板等离子体靶实现了较低的能量扩散，而具有定制密度分布的靶产生较高的离子加速能量。
2019-03-25 physics.plasm-ph
Propagation speed, linear stability, and ion acceleration in radially imploding Hall-driven electron-magnetohydrodynamic shocks
等离子体密度梯度在电子磁流体力学（EMHD）中被认为是驱动磁冲击的重要因素。以前的平板模型已经扩展到径向内爆冲击的圆柱模型。发现圆柱形几何形状的主要新效应是冲击传播速度的径向依赖性。这是在这里所示的分析和数值模拟。由磁冲击的离子加速被示出可能成为实质性的，特别是在尖峰结构，因为电子惯性的冲击中发展。
2017-12-29 physics.plasm-ph
Ion shock acceleration by large amplitude double layers in laser-produced plasmas
建立了激光等离子体中离子冲击加速的动力学模型。一小部分的温暖的离子被加速的大振幅的单调电位的双层创建由于等离子体压缩和电子加热的激光。发现大振幅双电层的振幅几乎唯一地由电子温度定义。因此，电子加热和等离子体压缩之间的平衡是必要的最佳离子加速通过该方案。典型的单调激波的马赫数接近1.5。该方案可能产生相对能量分布小于1%的单能离子。该模型与最近的模拟和实验，有效的冲击加速和生产的单能质子已被观察到。与其他冲击模型的相似之处和不同之处进行了指出和讨论。
2014-02-21 physics.plasm-ph
Investigating particle acceleration dynamics in interpenetrating magnetized collisionless super-critical shocks
碰撞无碰撞激波出现在各种各样的天体物理现象中，被认为是宇宙中粒子加速的可能来源。我们以前研究过单个超临界激波（其磁声马赫数高于临界值2.7）（Yao等人，2021，2022）以及两个亚临界激波碰撞（Fazzini等人，2022）引起的粒子加速。在这里，我们建议对来自互穿超临界冲击的加速粒子进行测量，以观察这种事件的“锁相效应”（Fazzini et al. 2022）。与单一超临界无碰撞冲击相比，这种效应预计将显著提高能量化离子的能谱。因此，我们预计，在拟议的实验中获得的结果可能会对我们理解宇宙中粒子的离子加速的一种主要来源（热离子的加速，而不是已经充满能量的离子的二次加速机制）产生重大影响。
2022-08-12 physics.plasm-ph
Vlasov modelling of laser-driven collisionless shock acceleration of protons
采用欧拉-伏拉索夫-麦克斯韦方法研究了高强度短脉冲激光与中等过密等离子体靶相互作用的离子加速问题。研究了等离子体密度分布和激光脉冲参数变化的影响，分析了无碰撞激波和靶鞘层法向加速度的相互作用。结果表明，使用的分层目标与轻和重离子的组合，分别在前面和后面，产生强的准静态鞘场的背面的重离子部分的目标。这种鞘场增加了冲击加速离子的能量，同时保持了它们的单能性。
2016-04-16 physics.plasm-ph
Laboratory-scale Perpendicular Collisionless Shock Generation and Ion Acceleration in Magnetized Head-on Colliding Plasmas
该研究通过大规模粒子网格模拟，在实验室尺度磁化对头碰撞等离子体中实现了垂直无碰撞激波的产生，观察到约四倍密度跃升、磁场放大30倍及离子幂律加速，为天体物理磁场放大与激波粒子加速提供了直接联系。
2024-05-23 physics.plasm-ph
Electron acceleration in a nonrelativistic shock with very high Alfvén Mach number
利用二维全动力学PIC模拟方法，研究了非相对论性、超高Alfvén马赫数（$M_A \sim 45$）激波中电子加速与等离子体动力学不稳定性的关系.电磁（离子韦伯）和静电（离子声学和布尼曼）不稳定性强烈激活在同一时间在不同区域的二维激波结构。相对论电子主要是由激波冲浪机制与布尼曼不稳定性在前沿的脚迅速产生。能谱具有超过伴随主要热布居的上游离子动能的高能量尾部。这为激波前沿的离子声不稳定性提供了有利条件，而这反过来又导致了额外的振荡。大振幅离子韦伯不稳定性产生电流片的脚，这意味着另一种耗散机制，通过磁重联在三维激波结构中的非常高的$M_A$制度。
2013-10-31 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Collisionless Weibel shocks and electron acceleration in gamma-ray bursts
本文研究了伽马射线暴中的无碰撞外激波。通过自洽的三维粒子模拟，对冲击波结构、电磁场和电子加速过程进行了分析。根据流体动力学激波系统，激波由反向激波（RS）和前向激波（FS）组成，它们之间由接触间断（CD）隔开。其发展和结构受离子韦伯不稳定性控制。离子丝是在双激波结构两侧的强横向电磁场的源，长度为30 - 100离子趋肤深度。电子被加热到最大能量$ε_{\rm ele}\approx \sqrt{ε_{\rm b}}$，其中$ε$是归一化为总入射能量的能量。由于双极电场的存在和冲击区强横向磁场的反射，喷流电子被捕获在RS过渡区。在类似于离子的冲击冲浪加速（SSA）的过程中，电子经历漂移运动并通过垂直于冲击传播方向的平面中的离子丝横向电场加速。最终加速的喷射电子对流回到上游。
2015-08-22 astro-ph.HE physics.plasm-ph
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
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
A mechanism that could stop the acceleration process within a collisionless shock
本文通过稳定性分析，将激波宽度与加速粒子谱及密度比关联，发现上游加速粒子比例达约30%时，无碰撞激波加速过程可能终止。
2024-12-17 astro-ph.HE physics.plasm-ph
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
Ion dynamics and acceleration in relativistic shocks
采用完全相对论粒子模拟方法，对非磁化等离子体中的无碰撞激波进行了从头算数值研究。示出的冲击的主要特性，集中在粒子加速的影响。从以前的工作与一个独特的数值框架的结果恢复，包括冲击结构和整体加速度的功能。然后利用粒子跟踪技术对粒子的动力学和加速过程进行了详细的分析。我们观察到的能量增长的时间，可以再现的费米机制与减少数量的散射，其中碰撞之间的时间增加的粒子获得能量，平均加速效率是不理想的。对基本物理的深入分析对于理解高能宇宙射线的产生、对天体物理冲击动力学的影响以及随之而来的辐射发射是相关的。
2009-04-03 astro-ph.HE physics.plasm-ph
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
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
Fast particle acceleration in 3D hybrid simulations of quasi-perpendicular shocks
本研究通过3D混合模拟发现，准垂直激波中质子可自发产生非热尾部并经激波漂移加速至由上游逃逸决定的最大能量，对理解宇宙线起源及天体激波现象具有重要意义。
2023-09-05 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Electron Pre-Acceleration at Nonrelativistic High-Mach-Number Perpendicular Shocks
我们进行粒子在细胞模拟的垂直非相对论性碰撞冲击研究电子加热和预加速的参数，允许外推到年轻的超新星遗迹的条件。我们的高分辨率的大规模数值实验样本的冲击表面的代表性的一部分，并表明，电子注入的效率强烈调制的冲击重组的相位。对于低温和中温等离子体（等离子体β $β_{\rm p}=5\cdot 10^{-4}$和$β_{\rm p}=0.5$），我们研究了大尺度磁场相对于模拟平面的各种取向下的非线性激波结构和电子预加速，同时保持大尺度磁场相对于激波法线的取向为$90^\circ$。离子反射的冲击导致形成的磁丝的冲击斜坡，导致韦伯型不稳定性，和静电布曼模式的冲击脚。在所研究的所有情况下，后者通过冲击冲浪加速（SSA）机制提供第一阶段的电子振荡。随后的双折射强烈依赖于场的取向，并通过绝热或二阶费米加速过程的配置与面外和面内场分量，分别进行。对于严格的平面外场，超热电子的分数比其他配置高得多，因为只有在这种情况下，布尼曼模式完全被二维模拟网格捕获。具有中等$β_{\rm p}$的等离子体中的冲击提供更有效的预加速。我们的研究结果的物理完全三维系统的相关性进行了讨论。
2017-08-18 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Particle Acceleration in Colliding Flows: Binary Star Winds and Other Double-Shock Structures
与周围磁场垂直传播的冲击波使粒子加速的速度比平行传播方式快得多。然而，垂直加速停止后，冲击超越圆形粒子轨道。与此同时，它可能会继续在由一对垂直激波约束的超音速碰撞等离子体产生的流动中。虽然我们详细考虑的双冲击加速机制对热粒子不利，但预激励粒子可能避免加速过早结束。我们认为，如果它们的回旋半径超过了激波之间的主导湍流尺度，这些粒子可能会在被激波等离子体带走之前反复穿越激波间空间。此外，进入速度相似的激波之间的空间$u_{1}\approx u_{2}\approx c$，这些粒子开始以与激波表面成固定角度$\approx 35.3^{\circ}$在激波之间弹跳。它们沿着激波前沿的漂移是缓慢的，即$V_{d}\sim\left|u_{2}-u_{1}\right|\ll c$，因此在它们逃离加速器之前，需要经过$N\sim Lc/\left|u_{2}-u_{1}\right|d\gg1$的反弹（这里，$L$是激波的大小，$d$是激波之间的间隙）。由于这些粒子在每个循环（两次连续反弹）中的能量超过其能量的10倍，我们引用了其他可能的损失来限制加速度。它们包括由于波纹冲击、上游磁场的非平行相互定向和辐射损失而引起的漂移。
2023-01-20 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Electron shock drift acceleration at a low-Mach-number, low-plasma-beta quasi-perpendicular shock
本文通过二维粒子模拟揭示低马赫数、低等离子体贝塔准垂直激波中电子回旋漂移不稳定性激发静电波散射加热入射电子，使其逃出损失锥后被激波反射并加速，从而显著提升激波漂移加速效率。
2024-09-05 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
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
The role of three-dimensional effects on ion injection and acceleration in perpendicular shocks
Princeton University（普林斯顿大学）；Columbia University（哥伦比亚大学）；University of Chicago（芝加哥大学）；Flatiron Institute（平顿研究所）
研究三维效应在非相对论性垂直冲击波中离子加速和磁场放大中的作用，揭示冲击漂移加速与冲击马赫数的关系，强调高分辨率三维模拟对理解粒子加速微观物理的重要性。
2026-04-17 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Shock acceleration with oblique and turbulent magnetic fields
我们调查冲击波加速在一个现实的天体物理环境与密度不均匀性。由激波前兆与上游密度波动的相互作用引起的湍流通过湍流发电机放大上游和下游磁场。电动机放大的湍流磁场（a）沿激波面引入激波折射率的变化，（b）通过激波漂移和扩散过程的组合实现能量增益，（c）引起加速粒子的各种光谱指数，（d）调节平行于和垂直于磁场的粒子扩散，以及（e）增加激波加速效率。我们的研究结果表明，上游密度不均匀性和发电机放大的磁场冲击加速起着重要的作用，因此冲击加速取决于周围的星际环境的条件。本文还讨论了这一结果对理解超新星遗迹射电谱的意义。
2021-11-08 astro-ph.HE physics.plasm-ph physics.space-ph
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
Quasi-perpendicular shock acceleration and TDE radio flares
光学潮汐扰动事件（TDEs）的延迟射电耀斑表明伴随TDEs的非相对论外流的存在。在环形磁场的存在下，TDE流出物与周围环核介质的相互作用产生准垂直激波。由于大的激波速度和大的流出速度，我们发现，由TDE流出诱导的激波加速通常会导致陡峭的粒子能谱，幂律指数显着大于平行激波的“通用”指数。最近探测到的TDE射电耀斑的同步辐射光谱指数与我们的理论预期是一致的。这表明，准垂直冲击下的粒子加速可能是解释时延效应延迟射电发射的一般加速机制。
2022-06-29 astro-ph.GA astro-ph.HE physics.plasm-ph
Electron acceleration to relativistic energies at a strong quasi-parallel shock wave
在超新星爆炸后恒星碎片迅速膨胀时形成的强（高马赫数）无碰撞冲击波中，电子可以被加速到超相对论能量。来自太阳的粒子流（太阳风）中也会形成无碰撞冲击波，广泛的航天器观测已经确定，只要上游磁场大致平行于冲击表面法线（准平行条件），这些冲击波中的电子加速实际上就不存在。然而，目前还不清楚这种电子加速的磁依赖性是否也适用于年轻超新星遗迹周围更强的冲击，那里的局部磁条件知之甚少。在这里，我们提出了卡西尼号航天器观测一个异常强大的太阳系冲击波（土星的弓形激波），显着的本地电子加速已被确认在准平行磁条件下的第一次，矛盾的建立磁依赖性的电子加速在太阳系冲击。此外，这种加速导致了相对论能量（~MeV）的电子，与太阳风中冲击加速产生的最高能量相当。这些观测结果表明，在高马赫数下，像年轻的超新星遗迹激波一样，准平行激波成为相当有效的电子加速器。
2013-01-08 astro-ph.HE physics.plasm-ph physics.space-ph
The Theory of Efficient Particle Acceleration at Shocks
讨论了第一原理动力学等离子体模拟中扩散激波加速理论的最新发现。当离子加速是有效的，非热粒子和自生磁场的反反应变得突出，并导致增强的冲击压缩和粒子光谱显着软比标准的测试粒子DSA理论预测的。这些结果进行了讨论的背景下，非热现象的天体物理冲击，特别关注的残余SN 1006。
2021-11-23 astro-ph.HE physics.plasm-ph physics.space-ph
Fermi Acceleration in Plasmoids interacting with Fast Shocks of Reconnection via Fractal Reconnection
我们提出了太阳耀斑中粒子加速模型和多次等离子体团喷射。非定常重联在电流片中产生等离子体团，并将它们驱逐到快激波中，在那里等离子体团中的粒子通过磁镜效应被反射到激波阵面的上游。当等离子体团通过激波阵面时，反射距离越来越短，驱动费米加速度，直到达到质子拉莫尔半径。等离子体团的分形分布也可能在自然地解释非热辐射的幂律谱中发挥作用。
2013-01-26 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.plasm-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
Particle acceleration at ultrarelativistic, perpendicular shock fronts
使用本征函数展开求解输运方程，辅以蒙特卡罗模拟，我们表明，超相对论冲击可以有效的粒子加速器，即使它们未能产生大振幅的湍流在下游等离子体。这一发现与人们普遍认为的一个均匀的下游磁场垂直于激波法线抑制一阶费米过程加速的观点相矛盾。在超相对论的限制，我们发现一个固定的幂律粒子谱指数s=4.17，这些冲击，接近预测的严格平行冲击。
2022-12-06 astro-ph.HE physics.acc-ph physics.plasm-ph
The efficiency of electron acceleration by ICME-driven shocks
利用航天器观测和试验粒子模拟的数据分析，研究了行星际日冕物质抛射（ICME）驱动的无碰撞冲击波对超热电子的加速效率.观测结果来自\emph{Wind}上的3DP/EESA仪器，在Yang等人2019年ApJ中列出的74次冲击事件期间进行，并通过315种不同冲击参数的情况进行了试验粒子模拟。共选择了7个能量范围从0.428到4.161 keV的能量通道。在模拟中，使用时间向后的方法，我们计算在$90^\circ$桨距角的平均下游通量。另一方面，$90^\circ$俯仰角的平均下游和上游通量也可以直接从74个观测激波事件中获得。此外，统计得到了事件数比随激波角（激波法线与上游磁场之间的夹角）、上游Alfv $\acute{\text e}$ n马赫数和激波压缩比的变化规律。结果表明，大的激波角、上游Alfv $\acute{\text e}$ n马赫数和激波压缩比可以提高激波加速效率。我们的研究结果表明，冲击漂移加速在ICME驱动冲击的电子加速中更有效，这证实了Yang et al. 2018的发现。
2022-11-24 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Observational Evidence for Stochastic Shock Drift Acceleration of Electrons at the Earth's Bow Shock
电子的一阶费米加速需要将电子注入到温和的相对论能量范围内。然而，注射机制在理论和观察上都是一个谜。我们提出了直接的证据，一种新的随机冲击漂移加速理论的注射获得磁层多尺度（MMS）的观测在地球的弓冲击。该理论模型可以解释电子加速到温和的相对论能量在高速天体物理冲击，这可能会提供一个长期存在的问题，电子注入的解决方案。
2020-02-17 astro-ph.EP astro-ph.HE physics.plasm-ph
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
Shock Propagation and Associated Particle Acceleration in the Presence of Ambient Solar-Wind Turbulence
这篇综述论文的主题是关于太阳风湍流对激波传播的影响及其对激波中高能粒子加速和传输的后果。当行星际激波扫过湍流的太阳风时，激波表面在不同尺度范围内波动和波纹。本文讨论了在有环境太阳风湍流的情况下，粒子在波纹激波处的加速问题。这强烈影响粒子加速和高能粒子（离子和电子）在激波前沿的传输。特别是，我们指出，上游湍流的影响是至关重要的理解高能粒子在冲击的变化。此外，即使当冲击垂直于平均磁场传播时，预先存在的上游湍流的存在也显著增强了低能带电粒子的冲击附近的捕获，包括入射等离子体的热能附近。预先存在的湍流总是存在于空间等离子体中，它提供了一种有效加速低能粒子和克服激波时众所周知的注入问题的手段。
2021-02-11 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.plasm-ph
Solar Energetic Particle Acceleration at a Spherical Shock with the Shock Normal Angle $θ_{B_n}$ Evolving in Space and Time
本文提出二维运动学模型，研究日冕物质抛射驱动的球状激波中太阳高能粒子加速，发现激波法向角时空演化导致西翼优先加速粒子至更高能量，并重现双幂律能谱，为多航天器观测提供新见解。
2023-06-23 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Particle Acceleration at Shocks: An Introduction
本研究介绍激波费米加速基础及超新星遗迹对银河系宇宙线的作用，结合第一性原理模拟揭示扩散激波加速的新特性，并以SN1006遗迹为例探讨其天体物理意义。
2023-10-05 astro-ph.HE physics.plasm-ph physics.space-ph
Rapid cosmic-ray acceleration at perpendicular shocks in supernova remnants
垂直冲击被证明是快速的粒子加速器，当冲击速度与粒子速度之比$u_{\rm s}$大致等于散射率与陀螺频率之比$1/η$时，其性能最佳。我们使用分析方法和蒙特卡罗模拟来解决的动力学方程，支配在这些冲击产生的各向异性，并发现，对于$ηu_{\rm s}\approx1$，光谱指数软化的统一和加速时间增加了两个因素相比，扩散冲击加速理论的标准结果。这些结果为30年前的猜想提供了理论基础，即超新星爆炸进入沃尔夫-拉叶星的风中可能会将质子加速到超过$10^{15}\,$ eV的能量。
2015-07-01 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.plasm-ph
Diffusive Shock Re-Acceleration
我们已经进行了二维混合模拟的非相对论性碰撞无冲击的存在下预先存在的高能粒子（“种子”），这样的研究适用于，例如，银河系宇宙射线（CR）的超新星遗迹（SNR）的冲击和太阳风高能粒子在日光层冲击的再加速。高能粒子可以通过一个我们称之为\emph{diffusive shock re-acceleration}的过程被有效地反射和加速，而不管激波的倾角如何。我们发现，再加速种子可以驱动上游激波中的流动不稳定性，并产生有效的磁场放大。这最终可以触发热质子的注入，即使在通常不能注入热粒子的斜激波。我们描述了反射种子中的电流，发现它趋向于一个普适值$J\simeq e n_{cr} v_{sh}$，其中$e n_{cr}$是种子电荷密度，$v_{sh}$是冲击速度。当我们的结果应用到信噪比，我们发现，银河系CR的再加速可以激发贝尔不稳定性的非线性水平在不到$\sim 10$年，从而提供了一个最低水平的磁场放大任何SNR冲击。最后，我们讨论了扩散激波再加速的相关性，也为其他环境，如日光层的冲击，银河超级气泡，星系团。
2018-04-30 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.plasm-ph
Vortical field amplification and particle acceleration at rippled shocks
超新星遗迹（SNRs）冲击被认为会加速带电粒子，并在冲击后的气流中产生强烈的湍流。根据过去十年的高能观测，已经推断出SNR激波处的磁场大大超过激波压缩的星际场。我们概述了如何从一个小规模的发电机过程下游的冲击，提供了一个明确的表达湍流反反应的流体旋转这样的字段放大结果。通过合理的星际湍流参数，可以得到$X-$射线环的空间尺度和短时变。我们表明，这样的涡旋场饱和比同步加速器发射高能电子的加速时间更快。
2013-11-18 astro-ph.GA astro-ph.HE physics.plasm-ph
Theory of Stochastic Shock Drift Acceleration for Electrons in the Shock Transition Region
我们提出了一种新的电子加速机制，我们称之为随机冲击漂移加速（SSDA），扩展了标准冲击漂移加速（SDA）的低能量电子在准垂直冲击，包括随机俯仰角散射的影响。我们证明了在激波过渡区内加速的电子的稳态能谱在强散射的极限下成为幂律。光谱指数与俯仰角散射系数无关。另一方面，通过该机制可获得的最大能量与俯仰角散射系数成线性比例。这些结果已被包括有限节距角各向异性的蒙特卡罗模拟所证实。我们发现，该理论可以合理地解释准垂直地球的弓形激波的原位观测。理论标度律表明，最大能量与激波速度的平方成比例地增加，这表明在准垂直超新星遗迹激波中，热电子可能被SSDA加速到温和的相对论能量。因此，该机制为长期存在的电子注入问题提供了一个合理的解决方案。
2019-03-06 astro-ph.EP astro-ph.HE physics.plasm-ph
The mechanism of efficient electron acceleration at parallel non-relativistic shocks
热电子不能直接参与电子-离子冲击的扩散加速过程，因为它们的拉莫尔半径小于冲击过渡宽度：这是众所周知的扩散冲击加速的电子注入问题。相反，必须存在一个有效的预加速过程，使电子在比离子陀螺半径短得多的尺度上散射电磁波动。最近发现的中尺度不稳定性提供了一种在平行冲击中产生这种波动的自然方式。的不稳定性驱动器comoving（与上游等离子体）离子回旋波在冲击波阵面，只有当漂移速度小于一半的电子阿尔芬速度。在这里，我们进行粒子在细胞模拟与SHARP代码研究这种不稳定性对电子加速的影响，在并行非相对论，电子离子冲击。为此，我们比较了冲击模拟中的中间尺度的不稳定性，预计将增长到模拟中，它被抑制。特别是，与阿尔芬马赫数大到足以淬灭中间不稳定性的模拟显示了一个很大的减少（两个数量级）的电子加速效率。此外，模拟与减少离子-电子质量比（中间不稳定性也被抑制）不仅人为地排除电子加速，但也导致错误的电子和离子加热的下游和冲击过渡区。这一发现开辟了一个有前途的路线等离子体物理的理解扩散冲击加速的电子，这必然需要现实的质量比在模拟无碰撞的电子-离子冲击。
2022-05-04 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.comp-ph
Local acceleration of protons to 100 keV in a quasi-parallel bow shock
MMS航天器最近在准平行弓形激波中的观测表明，离子的快速加热和加速高达约100千电子伏的能量。结果表明，一个突出的加速机制是与梯度驱动不稳定性（包括低杂漂移（LHD）不稳定性、修正双流（MTS）不稳定性和电子回旋漂移（ECD）不稳定性）产生的波谱的非线性相互作用。测试粒子模拟表明，所观察到的波谱波可以迅速加速质子高达几百千电子伏的ExB机制。ExB波机制与冲击时的surfatron机制有关，但通过与随机加热条件的耦合，它在回旋加速器周期内与波的爆发相互作用，在更短的时间和空间尺度上产生显着的加速。本文的结果是建立在四点测量技术的集群任务的遗产，并意味着费米加速，扩散冲击加速，冲击漂移加速的概念是不需要解释质子加速到数百千电子伏在地球的弓冲击。
2021-06-19 astro-ph.EP astro-ph.HE physics.plasm-ph
The Effect of Large Scale Magnetic Turbulence on the Acceleration of Electrons by Perpendicular Collisionless Shocks
我们研究了在无碰撞冲击下电子加速的物理学，这些冲击通过包含大尺度磁波动的等离子体移动。我们数值积分的大量的电子，这被视为测试粒子移动的时间相关的电场和磁场从2-D混合模拟（动力学离子，流体电子）的轨迹。大规模的磁波动以多种方式影响电子，并导致在冲击波前沿有效和快速的电子振荡。由于电子主要沿着磁力线运动，空间中磁力线的大规模编织允许快速移动的电子多次穿过冲击波阵面，从而实现有效的加速。冲击波阵面中的各种尺度的波纹也将通过镜像电子而有助于加速。我们的计算表明，这一过程有利于电子加速在垂直冲击。本文的研究也有助于理解无碰撞冲击加速电子的注入问题。它还表明，高能电子的空间分布是类似的原位观测（例如，Bale等人，1999年; Simnett等人，2005年）。这一过程可能对我们理解行星弓形激波和行星际激波中的高能电子以及解释某些II型太阳射电爆发中的人字形结构很重要。
2010-10-02 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.plasm-ph
