Kinetic simulation of electron, proton and helium acceleration in a non-relativistic quasi-parallel shock
Kinetic simulation of electron, proton and helium acceleration in a non-relativistic quasi-parallel shock
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非相对论准平行激波中电子、质子和氦加速的动力学模拟
DOI：
10.1093/mnras/stac886
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发表时间：
2022-02
影响因子：
4.8
通讯作者：
Huan Yu
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Jun Fang;Qi Xia;Shiting Tian;Liancheng Zhou;Huan Yu
摘要。除了加速电子和质子外，非相对论准平行激波也被认为具有加速重离子的能力。超新星遗迹中的冲击波通常被认为是银河系宇宙射线的加速器，它由许多种类的粒子组成。我们调查的扩散冲击加速的电子，质子和氦离子在非相对论性准平行冲击通过一维粒子在细胞模拟与氦质子数密度比为0.1，这是相关的银河宇宙线。模拟结果表明，在激波静止系中，在音速马赫数为14，阿尔文马赫数为19.5的非相对论准平行激波上游，高能质子和氦离子的流动可以激发波，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，具有非热尾，并且加速是有效的，在模拟结束时，在近下游区域中，分别将大约7 {{ rm %}}$和5.4 {{ rm %}}$的体动能转移到非热质子和氦离子中。
ABSTRACT. In addition to accelerating electrons and protons, non-relativistic quasi-parallel shocks are expected to possess the ability to accelerate heavy ions. The shocks in supernova remnants are generally supposed to be accelerators of Galactic cosmic rays, which consist of many species of particles. We investigate the diffusive shock acceleration of electrons, protons and helium ions in a non-relativistic quasi-parallel shock through a 1D particle-in-cell simulation with a helium-to-proton number density ratio of 0.1, which is relevant for Galactic cosmic rays. The simulation indicates that waves can be excited by the flow of energetic protons and helium ions upstream of a non-relativistic quasi-parallel shock with a sonic Mach number of 14 and an Alfvén Mach number of 19.5 in the shock rest frame, and that the charged particles are scattered by the self-generated waves and accelerated gradually. Moreover, the spectra of the charged particles downstream of the shock are thermal with a non-thermal tail, and the acceleration is efficient, with about $7{{ rm per cent}}$ and $5.4{{ rm per cent}}$ of the bulk kinetic energy transferred into the non-thermal protons and helium ions, respectively, in the near downstream region by the end of the simulation.
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DOI：
10.3847/2041-8213/ac30e0
发表时间：
2021-10
期刊：
The Astrophysical Journal Letters
影响因子：
--
作者：
Naveen Kumar;B. Reville
通讯作者：
Naveen Kumar;B. Reville
影响因子：
6.3
作者：
Derouillat, J.;Beck, A.;Grech, M.
通讯作者：
Grech, M.
DOI：
10.1007/s00159-011-0049-1
发表时间：
2011-12
期刊：
The Astronomy and Astrophysics Review
影响因子：
--
作者：
J. Vink
通讯作者：
J. Vink
影响因子：
6.5
作者：
R. Rothenflug;J. Ballet;G. Dubner;E. Giacani;A. Decourchelle;P. Ferrando
通讯作者：
R. Rothenflug;J. Ballet;G. Dubner;E. Giacani;A. Decourchelle;P. Ferrando
DOI：
10.3847/1538-4357/aad634
发表时间：
2018-07
期刊：
The Astrophysical Journal
影响因子：
--
作者：
J. Ha;D. Ryu;Hyesung Kang;A. J. Marle
通讯作者：
J. Ha;D. Ryu;Hyesung Kang;A. J. Marle